Los óxidos metálicos son un catalizador prometedor para la división fotoelectroquímica del agua (PEC por sus siglas en inglés) con el fin de producir hidrógeno como energía alternativa. Sin embargo, su eficacia está restringida a baja tensión.

Un nuevo estudio de la Universidad de la ciudad de Hong Kong ha mediado con éxito el transporte deficiente de portadores de carga a bajo voltaje mediante la adición de fósforo a un catalizador de óxido metálico, lo que redujo las pérdidas de energía durante la división del agua.

El vanadato de bismuto (BiVO4) es un semiconductor de óxido de metal, que responde tanto a la luz ultravioleta como a la visible, y se considera un fotocatalizador de alto rendimiento para la división del agua PEC.

En el proceso de división del agua PEC, se produce hidrógeno y oxígeno a partir del agua, utilizando luz solar y semiconductores especializados como fotocatalizadores, como por ejemplo el ya mencionado vanadato de bismuto. Con energía luminosa y un suministro de voltaje pequeño adicional, los fotocatalizadores disocian directamente las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno. Sin embargo, si el suministro de voltaje es demasiado bajo, una gran fracción de los portadores de carga excitados no se pueden extraer de manera eficiente, lo que conduce a la pérdida de energía y afecta la eficiencia de división del agua.

Con la energía solar, los electrones en el semiconductor se excitan y pueden rebotar hacia arriba desde la banda de valencia hasta la banda de conducción para hacer que fluya una corriente eléctrica. Pero los defectos nativos del semiconductor introducen «estados trampa», que atrapan los electrones fotoinducidos y los huecos cargados positivamente hasta que se recombinan, evitando que se muevan libremente para convertirse en una corriente eléctrica.

El equipo de investigación asumió este desafío para encontrar formas de mejorar la movilidad de carga. Descubrieron que al modificar los fotoánodos BiVO4 con dopaje de fósforo, la movilidad de la carga es 2,8 veces mayor.

 

FUENTE: Universidad de Hong Kong