Nanoantena captadora de luz y al mismo tiempo catalizador de alto rendimiento

En un hallazgo que podría revolucionar algunos de los procesos de fabricación de mayor consumo energético del mundo, unos investigadores han ideado un nuevo método para unir nanomateriales fotónicos que capturan la luz y catalizadores metálicos de alta eficiencia.

Cada año, los fabricantes de sustancias químicas gastan miles de millones de dólares en catalizadores metálicos, materiales que estimulan o aceleran las reacciones químicas. Los catalizadores son utilizados para producir productos químicos con un valor de billones de dólares. Por desgracia, la mayoría de los catalizadores solo funcionan a altas temperaturas o a alta presión o incluso bajo ambas condiciones. Esto dificulta el proceso de elaboración y además acarrea un notable despilfarro de energía. Por ejemplo, la Agencia Estadounidense de Información estimó que, en 2010, un solo sector de la industria química del país, el de los fabricantes de resina plástica, utilizó aproximadamente la misma cantidad de energía que la contenida en 30.000 millones de litros de gasolina.

Los investigadores en nanotecnología han estado interesados desde hace mucho tiempo en cubrir las necesidades de parte del mercado mundial de catalizadores con materiales fotónicos eficientes energéticamente, materiales metálicos que son fabricados con precisión atómica para obtener la energía de la luz solar con la mayor eficiencia posible. Desafortunadamente, los mejores nanomateriales para recolectar luz (oro, plata y aluminio) no son catalizadores demasiado buenos, y los mejores (paladio, platino y rodio) son muy pobres a la hora de capturar energía solar.

Una partícula del nuevo y polifacético catalizador (arriba a la izquierda), junto con mapas espectroscópicos que ilustran la distribución espacial de estructuras responsables de capturar energía lumínica y de transferirla a las partículas catalizadoras. (Imagen: D. Swearer/Rice University)

El nuevo catalizador es la más reciente innovación del Laboratorio de Nanofotónica de la Universidad Rice en Estados Unidos y aspira a ocupar ese puesto de dispositivo eficaz en ambas actividades, al ser una nanoantena captadora de luz y al mismo tiempo un catalizador de alto rendimiento para algunas operaciones esenciales en varios sectores químicos.

Como demostración del concepto para los nuevos catalizadores que actúan como antena y reactor, el equipo de Naomi Halas, Dayne Swearer, Emilie Ringe y otros en la Universidad Rice y en la de Princeton, ambas en Estados Unidos, llevaron a cabo pruebas de transformación de acetileno y encontraron que dichos catalizadores impulsados por la luz produjeron una tasa de conversión de etileno a etano de 40 a 1, una mejora notable en selectividad sobre la catálisis térmica.

Los potenciales ahorros energéticos y la eficiencia mejorada de los nuevos catalizadores probablemente les serán útiles a muchos fabricantes del sector químico, incluso aunque sus fábricas no estén actualmente diseñadas para usar catalizadores solares.

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