Investigadores de TMU desarrollan un nuevo material semiconductor híbrido para la producción de hidrógeno

Los químicos de la Universidad Técnica de Munich (TUM) han desarrollado un eficiente catalizador para la división del agua como resultado de un esfuerzo de investigación internacional. El catalizador comprende una estructura semiconductora de doble hélice encerrada en nitruro de carbono. Es perfecto para producir hidrógeno de forma económica y sostenible.

Un equipo internacional dirigido por el químico Tom Nilges de TUM y el ingeniero Karthik Shankar de la Universidad de Alberta ha encontrado una estructura de semiconductores estable pero flexible que divide el agua de manera mucho más eficiente de lo que antes era posible.

Un compuesto inorgánico de doble hélice que comprende los elementos estaño, yodo y fósforo (SnIP) forma el núcleo de la estructura. Se sintetiza en un proceso simple a temperaturas de alrededor de 400 grados centígrados. Las fibras SnIP son flexibles y, al mismo tiempo, robustas como el acero.

"El material combina las propiedades mecánicas de un polímero con el potencial de un semiconductor", dice Tom Nilges, profesor de Síntesis y Caracterización de Materiales Innovadores en la Universidad Técnica de Munich. "A partir de aquí, podemos fabricar componentes semiconductores flexibles en un paso técnico adicional".

Cáscara blanda con un núcleo duro

El uso como un catalizador es la primera aplicación inusual para este material. Los químicos prepararon nanopartículas de cada una de las sustancias de partida y mezclaron las suspensiones de estas dos nanopartículas entre sí. El resultado fue una estructura con un núcleo de SnIP duro pero flexible y una cubierta de nitruro de carbono blanda.

Las mediciones muestran que la estructura heterogénea resultante no solo es significativamente más estable que cualquiera de los materiales iniciales. También divide el agua cuatro veces más eficientemente de lo que era posible anteriormente, lo que lo hace interesante como material para producir hidrógeno barato o para almacenar químicamente el excedente de electricidad de los parques eólicos.

Sabiendo que la gran eficiencia del catalizador proviene principalmente de su gran superficie, los químicos aumentaron el área de la superficie al dividir las fibras SnIP en hebras más finas. Una mezcla del 30% de SnIP y 70% de nitruro de carbono resultó ser la más efectiva.

Las fibras más finas comprenden varias hebras de doble hélice y tienen un grosor de apenas unos pocos nanómetros. El material es en principio unidimensional. Envolviéndolo en nitruro de carbono permite que el material retenga su alta reactividad y sea más duradero, lo que lo hace más adecuado como catalizador.

Pero las hélices dobles SnIP unidimensionales también abren la puerta a diferentes tipos de aplicaciones. Los investigadores estarían particularmente interesados ​​en obtener hebras únicas de SnIP. Estos serían los diestros o zurdos, con sus respectivas propiedades ópticas muy especiales. Esto hace que SnIP sea un material muy atractivo para la optoelectrónica.

"Pudimos demostrar teóricamente que muchos otros compuestos de este tipo son posibles. Actualmente estamos trabajando en la síntesis de estos materiales", dice Nilges. "Los semiconductores flexibles, inorgánicos, de tamaño nanométrico de 1D podrían tener tanta repercusión como los materiales en capas 2D como el grafeno, los fósforos o el disulfuro de molibdeno".