Nanopartículas ecológicas para la fotosíntesis artificial

Investigadores de la Universidad de Zurich han desarrollado un tipo de nanopartícula añadiendo sulfuro de zinc a la superficie de puntos cuánticos basados en el indio. Estos puntos cuánticos producen combustible de hidrógeno limpio a partir del agua y la luz solar, una fuente de energía sostenible. Introducen nuevos materiales respetuosos con el medio ambiente y potentes para la fotocatálisis solar.

Los puntos cuánticos son verdaderos polifacéticos. Estas estructuras materiales, de tan sólo unos pocos nanómetros de tamaño, presentan un comportamiento similar al de las moléculas o átomos, y su forma, tamaño y número de electrones pueden ser modulados sistemáticamente. Esto significa que sus características eléctricas y ópticas se pueden personalizar para una serie de áreas objetivo, como nuevas tecnologías de visualización, aplicaciones biomédicas, así como fotovoltaica y fotocatálisis.

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Producción de combustible utilizando la luz solar y el agua

Otra línea actual de investigación orientada a la aplicación tiene como objetivo generar hidrógeno directamente a partir del agua y de la luz solar. El hidrógeno, una fuente de energía limpia y eficiente, puede convertirse en formas de combustible que se utilizan ampliamente, incluyendo el metanol y la gasolina. Los tipos más prometedores de puntos cuánticos utilizados anteriormente en la investigación energética contienen cadmio, que ha sido prohibido en muchos productos debido a su toxicidad. El equipo de la profesora Greta Patzke de la Universidad de Zurich y científicos de la Southwest Petroleum University de Chengdu y de la Academia China de Ciencias han desarrollado un nuevo tipo de nanomaterial para fotocatálisis sin componentes tóxicos.

Las partículas de tres nanómetros consisten en un núcleo de fosfuro de indio con una capa circundante muy fina de sulfuro de zinc y ligandos de sulfuro. «En comparación con los puntos cuánticos que contienen cadmio, los nuevos compuestos no sólo son respetuosos con el medio ambiente, sino también muy eficientes a la hora de producir hidrógeno a partir de la luz y el agua», explica Greta Patzke. Se descubrió que los ligandos de sulfuro en la superficie del punto cuántico facilitan los pasos cruciales implicados en las reacciones químicas impulsadas por la luz, es decir, la separación eficiente de los portadores de carga y su rápida transferencia a la superficie de las nanopartículas.

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Gran potencial para aplicaciones ecológicas

Los nanomateriales libres de cadmio recientemente desarrollados tienen el potencial de servir como una alternativa más ecológica para una variedad de campos comerciales. «Los puntos cuánticos solubles en agua y biocompatibles a base de indio también pueden ser probados en el futuro en términos de conversión de biomasa a hidrógeno. O podrían desarrollarse en biosensores de baja toxicidad o en materiales ópticos no lineales, por ejemplo», dice Greta Patzke.