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Catalizadores electroquímicos ecológicos que usan células solares para recolectar energía.

Un equipo de investigación desarrolla un dispositivo ecológico que utiliza energía solar para catalizar una reacción de oxidación electroquímica con alta eficiencia.


Las fuentes de energía verde constituyen un campo de investigación en todo el mundo debido a la actual crisis ambiental y la necesidad de evitar la energía no renovable (combustibles fósiles). Los investigadores han estado buscando formas de aprovechar y aprovechar la energía solar durante décadas, y los dispositivos fotovoltaicos, que convierten la luz en electricidad, tienen una gran demanda.

El estudio de estos dispositivos ha progresado mucho desde la última vez que despertó su interés en la década de 1970 después de los shocks económicos causados ​​por los precios del petróleo. Si bien la mayoría de los avances se realizaron para células solares basadas en silicio, los científicos han demostrado que los dispositivos fotovoltaicos orgánicos también pueden lograr un rendimiento aceptable. El uso de materiales orgánicos es ventajoso porque son imprimibles y pintables como procesos ecológicos a diferencia de los procesos de silicio. Los materiales orgánicos también vienen en una gran variedad, lo que hace posible adaptarlos para cada aplicación específica.

Las células solares fotovoltaicas orgánicas consisten en una "capa activa" intercalada entre dos electrodos diferentes (un electrodo frontal transparente y un electrodo posterior). La capa activa es donde comienza la magia; La energía de los fotones de la luz incidente se transfiere a los electrones del material a través de colisiones, excitándolos y poniéndolos en movimiento, dejando atrás seudopartículas con carga positiva conocidas como "agujeros". Estos no existen técnicamente, pero se pueden usar para describir aproximadamente el comportamiento eléctrico del material. La importancia de los electrodos radica en que cada uno debe recoger un tipo de estas partículas cargadas (una reúne agujeros y los otros electrones) para evitar que se recombinen en la capa activa. Los electrones fluyen a través de un circuito externo que está conectado a ambos electrodos, creando electricidad a partir de la luz.

Sin embargo, es un desafío recolectar grandes cantidades de electrones y agujeros en los electrodos y convertir la luz en electricidad con alta eficiencia. Algunos investigadores han propuesto que sería beneficioso usar directamente los agujeros o electrones generados en las reacciones químicas cerca de la capa activa. Así motivado, un equipo de investigación que incluyó al Dr. Keiji Nagai de Tokyo Tech y la Universidad de Kanazawa propuso un procedimiento de fabricación simple para un dispositivo fotoelectroquímico orgánico que puede recolectar energía solar para promover una reacción de oxidación química.

Su enfoque comienza con un dispositivo fotovoltaico orgánico convencional, que puede fabricarse fácilmente y cuyas características son bien conocidas, y eliminar mecánicamente el electrodo posterior donde se recogen los agujeros. La capa activa expuesta se reviste con ZnPc y se sumerge en tiol. Los agujeros generados por la luz incidente se usan directamente para la oxidación de tiol, que es catalizada (facilitada) por la capa de ZnPc. Los electrones excitados fluyen a través del electrodo frontal restante, generando una corriente eléctrica.

La simplicidad y las ventajas del enfoque de fabricación y la eficiencia medida al cosechar energía luminosa son muy prometedoras. "La extracción del electrodo posterior es una técnica prometedora y repetible para construir una célula fotoelectroquímica bien caracterizada", explica el Dr. Nagai. Los investigadores también estudiaron las propiedades topográficas y electroquímicas de la capa activa recubierta con ZnPc para dilucidar los principios de su actividad catalítica. "Los efectos del recubrimiento ZnPc se observaron claramente en nuestros análisis y consisten en la acumulación efectiva de agujeros fotogenerados", afirma el Dr. Takahashi de la Universidad de Kanazawa. Los dispositivos amigables con el medio ambiente, como el propuesto, proporcionan más formas de recolectar energía del sol y acercarnos a un futuro más verde.

Enlace al trabajo de investigación: Keiji Nagai, Takayuki Kuwabara, Mohd Fairus Ahmad, Masahiro Nakano, Makoto Karakawa, Tetsuya Taima, Kohshin Takahashi. High performance photoanodic catalyst prepared from an active organic photovoltaic cell – high potential gain from visible light. Chemical Communications, 2019

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