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Un nuevo material, carburo de silicio cúbico nanoporoso, exhibe propiedades prometedoras para capturar la energía solar y dividir el agua para la producción de gas hidrógeno como energía renovable.

El carburo de silicio, también llamado carborundo o carborundio (SiC) es un carburo covalente de estequiometría 1:1 y que tiene una estructura de diamante, a pesar del diferente tamaño del C y Si, que podría impedir la misma. Debido en parte a su estructura, es casi tan duro como el diamante, alcanzando durezas en la escala de Mohs de 9 a 9,5.

"Se necesitan nuevos sistemas de energía sostenible para hacer frente a los desafíos energéticos y medioambientales globales, como el aumento de las emisiones de dióxido de carbono y el cambio climático", dice en un comunicado Jianwu Sun, profesor titular del Departamento de Física, Química y Biología de la Universidad de Linköping, que ha dirigido el nuevo estudio.

Sin embargo, por el contrario, el dióxido de carbono se crea cuando se produce el hidrógeno, ya que la tecnología más utilizada en la actualidad depende de los combustibles fósiles para el proceso. La producción de gas hidrógeno mediante la división de moléculas de agua con la ayuda de energía solar es un enfoque sostenible que podría generar gas hidrógeno utilizando fuentes renovables sin generar emisiones de dióxido de carbono.

El hidrógeno es una fuente de energía prometedora que puede almacenarse y transportarse de la misma manera que los combustibles tradicionales como gasolina y diesel ", dice Jianwu Sun. Para que esto tenga éxito, es necesario encontrar materiales rentables que tengan las propiedades adecuadas para la reacción en la que el agua (H2O) se divide en hidrógeno (H2) y oxígeno (O2) a través de la fotoelectrólisis.

Por lo tanto, se requiere un material que pueda absorber eficientemente dicha radiación para crear cargas que puedan separarse y tengan suficiente energía para dividir las moléculas de agua en gases de hidrógeno y oxígeno.

La mayoría de los materiales que se han investigado hasta ahora son ineficientes en la forma en que utilizan la energía de la luz solar visible (el dióxido de titanio, TiO2, por ejemplo, absorbe solo la luz solar ultravioleta) o no tienen las propiedades necesarias para dividir el agua en gas hidrógeno ( por ejemplo, silicio, Si).

El grupo de investigación de Jianwu Sun ha investigado el carburo de silicio cúbico, 3C-SiC. Los científicos han producido una forma de carburo de silicio cúbico que tiene muchos poros extremadamente pequeños. El material, al que llaman 3C-SiC nanoporoso, tiene propiedades prometedoras que sugieren que se puede utilizar para producir gas hidrógeno a partir del agua utilizando la luz solar.

El nuevo estudio muestra que este nuevo material poroso puede atrapar y recolectar de manera eficiente los rayos ultravioleta y la mayor parte de la luz solar visible. Además, la estructura porosa promueve la separación de cargas que tienen la energía requerida, mientras que los pequeños poros dan una mayor superficie activa. Esto mejora la transferencia de carga y aumenta el número de sitios de reacción, lo que aumenta aún más la eficiencia de división del agua.

"El resultado principal que hemos demostrado es que el carburo de silicio cúbico nanoporoso tiene una mayor eficiencia de separación de carga, lo que hace que la división del agua en hidrógeno sea mucho mejor que cuando se usa carburo de silicio plano", dice Jianwu Sun.

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