Nanoredes que atrapan energía

Un problema que se suscita con las celdas solares es que solamente producen energía durante el día. Una manera prometedora de utilizar la energía solar de manera más eficiente es aplicarla el agua para obtener gas de hidrógeno, que puede ser almacenado y luego empleado en cualquier momento, sea de día o de noche. Un material nano-estructurado, nuevo y económico, podría ser un catalizador eficiente para llevar a cabo esta reacción. Se llama nano-red debido a su estructura de ramificación bi-dimensional, y el material del cual está hecha es un compuesto que ha demostrado ser propicio para la reacción de la obtener elementos a partir del agua. La nano-red aumenta esta reacción debido a su gran área de superficie.

Los investigadores, liderados por Dunwei Wang, un químico en Boston College, hicieron crecer las nano-redes, creando estructuras de alambres de titanio y silicio que se ramifican. El año pasado, los investigadores en el Instituto Max Planck en Alemania, demostraron que el “disiliciuro de titanio” – que absorbe un amplio espectro de luz visible – divide el agua en hidrógeno y oxígeno – y puede almacenar el hidrógeno, que absorbe o libera según la temperatura que tenga. Otros materiales semiconductores han sido probados como catalizadores para la división del agua pero han resultado ser inestables.

Wang se propuso incrementar el área de superficie del “disiliciuro de titanio” con la esperanza de mejorar su desempeño. “Más contacto significa mayor eficiencia”, explica. Wang afirma que la nano-red es uno de los nano-materiales de dos dimensiones más estructuralmente complejos que se fabrica hasta ahora. “Cuando quiero hacer algo pequeño, tengo que limitar el crecimiento”, aclara. La fabricación de estructuras largas y delgadas como los nano-alambres y los nano-tubos requiere que se limite el crecimiento en todas las dimensiones salvo una. Pero limitar el crecimiento en una dimensión mientras se promociona el crecimiento de estructuras complejas en las otras dos, es todavía más difícil, explica Wang. Sin embargo, él encontró que dadas las condiciones correctas, esto sucede de manera espontánea.

Las nano-redes, fabricadas con alambres flexibles de alrededor de 15 nanometros de espesor, crecen espontáneamente del titanio y el silicio que fluyen a través de una cámara de reacción a altas temperaturas. En un artículo que apareció en la revista especializada Angewandte Chemie, el grupo de Wang describe la síntesis de las nano-redes. El material es diez veces más eléctricamente conductivo que es su forma a granel. La conductividad es una propiedad importante de los catalizadores para la división del agua. Wang afirma haber probado las propiedades que las nano-redes tienen para dividir el agua, aunque este trabajo todavía no ha sido publicado. En ensayos preliminares, la versión nano-estructurada del material se desempeña 100 veces mejor que el disiliciuro de titanio a granel.

A pesar de todo, comenta Peidong Yang - un químico en la University of California, Berkeley (Estados Unidos) - el método que utiliza Wang para fabricar las nano-redes podría limitar su utilidad. Al principio, cuando los investigadores trataban de fabricar nano-estructuras de dos dimensiones más complejas – sostiene Wang – la aplicación principal que tenían en mente era la electrónica. Y aunque la versión a granel del material es comúnmente utilizado para formar contactos eléctricos en los microprocesadores, el material nano-estructurado de Wang no lo será, predice Yang. Para las aplicaciones de electrónica, lo importante es poder diseñar racionalmente la estructura del material, dice. “Quieres hacer una rama aquí, no allá”, explica Yang. Así que, a pesar de que su estructura plana sería compatible con dispositivos planos, es improbable que se encuentren las nano-redes en los microprocesadores del futuro.

Yang concuerda, sin embargo, que las nano-redes de Wang tienen una buena área de superficie y conductividad y “podrían ser útiles como electrodos para dividir el agua”. Con todo, las nano-redes estarán ingresando dentro de un campo saturado con muchos investigadores y empresas desarrollando tecnologías similares.
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