Nuevo material bidimensional podría revolucionar las energías renovables

Nuevo material bidimensional podría revolucionar las energías renovables

Un material bidimensional es básicamente el que tiene una estructura análoga a una hoja de papel, de unos pocos átomos de grosor, que se extiende sobre las otras dos dimensiones. El primer material bidimensional que se comenzó a estudiar fue el grafeno, una hoja de un solo átomo de carbono de grosor, que presenta propiedades increíbles y se busca incorporar en diversas aplicaciones comerciales.

Desde el momento que se logró aislar el grafeno para estudiarlo (en 2004), comenzó también una búsqueda por otros materiales bidimensionales ya que presentan características inusuales que ofrecen potencial para su uso en semiconductores, aplicaciones fotovoltaicas y electrónicas, purificación de agua, textiles conductores, entre otros.

Se han teorizado más de 700 materiales que podrían conformar hojas bidimensionales estables, pero la gran mayoría aún no se han conseguido sintetizar en el laboratorio. Recientemente, un grupo de investigadores de la Universidad de Rice (EUA) en conjunto con la Universidad de Campinas (Brasil), han logrado producir uno de éstos nuevos materiales, lo han denominado hemateno, ya que proviene del hierro y presenta propiedades magnéticas.

El material descrito en un artículo publicado en Nature Nanotechnologytiene tan sólo 3 átomos de grosor y es capaz de fotocatalizar la separación de agua en hidrógeno y oxígeno para poder obtener electricidad a partir de hidrógeno. La fotocatálisis quiere decir que un material es capaz de absorber una parte del espectro electromagnético, generando una carga eléctrica, transportarla y utilizarla para facilitar una reacción, sin embargo, éste principio también puede utilizarse para generar fotoceldas. En ese caso, la carga eléctrica generada se transporta fuera del material y se lleva para alimentar un circuito eléctrico. Los investigadores observaron que es posible lograr éste fenómeno si el material se coloca sobre un arreglo ordenado de nanotubos de TiO2, abriendo la posibilidad de lograr celdas solares que absorban una mayor parte del espectro electromagnético y por lo tanto tengan una mayor eficiencia.

Microscopías electrónicas del nuevo material

Para producir este material, los investigadores llevaron a cabo un proceso de exfoliación en fase líquida, donde el material original (en este caso la hematita) se coloca en un solvente, para éste experimento se utilizó N,N-dimetilformamida (DMF), y se exfolia utilizando ya sea agitación a altas velocidades o ultrasonido. Una vez exfoliado se decanta y el solvente se evapora para dejar sólo el material de interés. Los investigadores creen que con este simple procedimiento es posible generar una gran variedad de óxido de hierro bidimensionales, y esperan poder adaptarlo para aplicaciones de energías renovables en el corto plazo.

[1] Aravind Puthirath Balan, A.  Exfoliation of a non-van der Waals material from iron ore hematite. Nature Nanotechnology, 2018; 13 (7): 602 DOI: 10.1038/s41565-018-0134-y

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