Síntesis de nanoestructuras de ZnO mediante un concentrador de calor solar de baja temperatura

 

Esquema e imagen del Colector Solar CPC e imagen SEM del ZnO sintetizado

Se ha reportado ampliamente que el calor obtenido de la radiación solar puede ser aplicado a la síntesis de nanomateriales. En el caso de óxido de zinc (ZnO), que es el nanomaterial de interés en este trabajo, ya se ha sintetizado previamente utilizando calor solar a alta temperatura, mediante métodos de depósito de vapores producidos por mecanismos físicos (PVD por sus siglas del inglés physical vapor deposition). 

En este trabajo, un grupo de investigadores de México (CNyN-UNAM, CICESE y UABC) proponen evaluar un nuevo enfoque para la producción de ZnO mediante un colector solar parabólico compuesto (CPC), con un receptor cilíndrico que genera calor a baja temperatura.

 Los autores colocaron los precursores nitrato de zinc( Zn(NO3)2) e hidróxido de sodio dentro del reactor  que, a su vez, se encuentra dentro del CPC. En este arreglo, el colector es tanto generador de calor como reactor para la síntesis. 

Las temperaturas de la síntesis van de 50° a 70°C. Utilizando calor solar, se obtuvieron cúmulos cristalinos de ZnO puro, cuyos tamaños van de 40.4 nm a 55.7 nm, con una banda prohibida de 3.27eV, ligeramente menor  a la que obtuvieron por otros métodos a 50°C. La absorbancia fue de 90% en el ZnO sintetizado, independientemente de la temperatura de síntesis. 

En este trabajo se confirmó la viabilidad para producir ZnO de alta calidad utilizando calor solar a baja temperatura, lo que constituye un nuevo enfoque de “química verde” y una fuente de energía renovable para la síntesis de nanomateriales. 

Para más detalles consultar: Journal of Nanotechnology

Nanocompositos de sulfuros de NiFe y MXenos de Ti3C2 para la electrólisis de agua de mar con alto rendimiento

 

Para remediar la escasez de energía y reducir las emisiones de carbono causadas por el uso de combustibles fósiles, es necesario generar energía limpia y sostenible. Para este fin, una solución posible y de gran interés es la generación de hidrógeno “verde” mediante la electrólisis del agua, utilizando fuentes renovables de electricidad (solar o eólica).  El uso de membranas de intercambio aniónico que funcionen en un sistema de baja alcalinidad surge como una tecnología prometedora, pues integra los méritos de bajo costo y alta eficiencia de la electrólisis del agua alcalina con los de la electrólisis del agua empleando membranas de intercambio de protones, una técnica que ha demostrado compatible con las fuentes renovables de electricidad.

Sin embargo, ante los escasos recursos de agua dulce, la electrólisis directa del agua de mar es sumamente atractiva para la futura producción de hidrógeno a gran escala. No obstante, hasta la fecha, no se han logrado avances satisfactorios en el desarrollo de sistemas basados en membranas de intercambio aniónico. Un enorme desafío que se enfrenta es contar con electrocatalizadores altamente estables durante la reacción de generación de oxígeno (OER, del inglés oxygen evolution reaction) y altamente resistentes a la corrosión por cloruro.

  Un grupo de investigadores de China, desarrolló un nanocomposito electrocatalizador robusto para la electrólisis de agua de mar mediante la integración del MXeno (Ti3C2) con sulfuros de NiFe ((Ni,Fe)S2@Ti3C2). Empleando una serie de caracterizaciones y cálculos DFT, demostraron que la fuerte interacción entre (Ni,Fe)S2 y Ti3C2 regula la distribución de electrones para activar la OER y, en particular, prohíbe la disolución de especies de Fe durante el proceso a través del enlace Ti-O-Fe, logrando una estabilidad notable. Además, la buena retención de sulfatos y los abundantes grupos de Ti3C2 proporcionan una resistencia efectiva al Cl-. 

En consecuencia, el nanocomposito (Ni,Fe)S2@Ti3C2 logra una alta actividad OER (1,598 V a 2 A cm-2) y alta durabilidad  de más de 1000 h en el sistema de agua de mar. Además, se consigue la electrólisis con una densidad de corriente industrial (0,5 A cm-2) y durabilidad (500 h) mediante el ánodo (Ni,Fe)S2@Ti3C2 y el cátodo de Ni Raney con eficiencia del 70% y consumo de energía de 48,4 kWh kg-1 H2.

Este trabajo proporciona una metodología eficiente para abordar la electrólisis de agua de mar basada en membranas de intercambio aniónico, resolviendo el problema de la desactivación de catalizadores de metales de transición inducida por la disolución de metales activos y/o la corrosión por cloruro.

El trabajo fue publicado en Nature Communications