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TMDC Nanoflakes hace nuevo tipo de células fotossintéticas de células solares

Los nanoflakes de diselenuro de tungsteno se pueden usar para convertir químicamente el dióxido de carbono en monóxido de carbono en un líquido iónico. Este es el nuevo hallazgo de investigadores de la Universidad de Illinois en Chicago, cuyo dispositivo "fotosintético" funciona utilizando sólo la luz solar. El nuevo tipo de célula solar podría utilizarse para eliminar el carbono de la atmósfera y producir combustible al mismo tiempo.


La reducción electroquímica del CO 2 podría, en principio, ser una buena forma de reciclar este gas de efecto invernadero de nuevo a los combustibles. Sin embargo, los catalizadores existentes para esta reacción son demasiado ineficientes.

Un equipo liderado por Amin Salehi-Khojin   como ahora probó la eficiencia de una clase de materiales 2D llamados dicalcogenuros de metal de transición (TMDC) como catalizadores para esta reacción. Los investigadores emparejaron los materiales con un líquido iónico como un electrolito dentro de una célula electroquímica de dos electrodos de dos compartimientos.

El diselenido de tungsteno produce una hoja artificial

Encontraron que el diselenuro de tungsteno era el mejor, y en su forma de nanoflake, superaban a los catalizadores en masa (hechos de plata, por ejemplo) por un factor de 60. También era al menos dos veces mejor que los otros compuestos de nanoflake analizados en el estudio. También es 20 veces más barato que un catalizador de plata.

El equipo utilizó entonces su catalizador para construir una hoja artificial compuesta de dos células fotovoltaicas de silicio de triple unión de 18 cm 2 para cosechar la luz. El diselenuro de tungsteno y el catalizador lıquido iónico constituıan el cátodo en la célula, mientras que el óxido de cobalto en un electrolito de fosfato de potasio constituıa el ánodo.

Imitación del proceso de fotosíntesis

"Esta hoja artificial imita el proceso de fotosíntesis", explica Salehi-Khojin. "El gas de síntesis, o gas sintético, es una mezcla de hidrógeno gaseoso y monóxido de carbono y puede ser quemado directamente en las turbinas de gas y el gas de síntesis O convertidos en diesel u otros combustibles de hidrocarburos de alta densidad como la nafta. Salehi-Khojin dice que él y sus colegas también pueden diseñar su catalizador para producir directamente azúcar u otros hidrocarburos.

Los investigadores midieron la actividad catalítica por cada sitio activo en su hoja artificial cuando se expusieron a luz de 100 W / cm 2 . Se trata de la intensidad media de la luz solar que llega a la superficie de la Tierra. El gas de síntesis se produce en el cátodo y el oxígeno libre y los iones de hidrógeno se producen en el ánodo. Los iones de hidrógeno se difunden a través de una membrana al lado del cátodo para participar en la reacción de reducción de CO 2 .

Granjas solares

"Esta reacción fue 1000 veces mejor que la medida para las nanopartículas de plata y 60 veces mejor que nuestro trabajo previo realizado sobre el disulfuro de molibdeno en masa", dijo Salehi-Khojin a nanotechweb.org . "Además, la eficiencia de conversión de energía solar en combustible para el sistema es del 4,6%, lo que representa un aumento del 2,5% con respecto a los sistemas anteriores".

Dichas hojas artificiales podrían utilizarse para hacer que las granjas solares próximas a las plantas químicas y de energía transformen el CO 2 de los flujos de gases de escape en combustibles usando sólo la energía del Sol, agrega. "De esta manera, no sólo podemos remediar el CO2 sino también almacenar la energía del Sol en forma de enlaces químicos, que es la manera más eficiente de almacenar esta energía".

El equipo de Illinois, reportando su trabajo en Science DOI: 10.1126 / science.aaf4767 s ays que ahora espera ampliar su sistema en colaboración con la industria y ya ha solicitado una patente provisional.


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