La captura eficiente de energía solar mediante la utilización de semiconductores para generar hidrógeno a partir de la división de la molécula de agua (fotoelectrólisis del agua), sigue siendo uno de los mayores desafíos en las ciencias de la energía. El hidrógeno producido de esta manera puede ser utilizado como combustible limpio, siendo una alternativa a las fuentes basadas en combustibles fósiles. Los fotocatalizadores actualmente disponibles para ser empleados en fotólisis tienen una baja eficiencia debido, principalmente, a que utilizan la porción ultravioleta de espectro solar, la que corresponde apenas al 4% de la energía solar total incidente en la superficie terrestre. La luz visible que es menos energética pero más abundante, constituye cerca del 43% de la energía solar total incidente.
Por lo anterior, cualquier tecnología futura que emplee la fotólisis del agua para la producción de hidrógeno en una manera viable, debería ser capaz de utilizar una fracción substancial del espectro solar visible. En esta línea, el CIEN-UC busca explorar los parámetros de fabricación de un fotocatalizador eficiente, basado en una nanoestructura híbrida formada por nanotubos de carbono decorados con hematita (?--?F2O3), dióxido de titanio (TiO2) u óxidos de cobre en su interior.
Control y descontaminación ambiental:
En todo el mundo, la contaminación del aire, suelos y aguas con sustancias tóxicas, orgánicas, pesticidas y metales pesados, es un problema complejo de resolver. Se requieren tecnologías que permitan tanto descontaminar como implementar enfoques preventivos. Los métodos basados en la aplicación de nanomateriales a sistemas de control ambiental han mostrado resultados sorprendentes, sin embargo, se requiere avanzar decididamente en enfoques y nuevo conocimiento que permita su aplicación.
Las partículas de nanomateriales poseen propiedades físico-químicas únicas debido a su alta relación superficie/volumen, con reactividades muchísimo mayores que el mismo material a mayor tamaño, así como una mayor capacidad de absorción. Debido a estas características, se han aplicado en remediación ambiental. Sin embargo, todavía subsisten problemas de implementación de procesos desde la escala de laboratorio (donde los incrementos en reactividad son enormes) a la aplicación a escala industrial.
Por otra parte, la nanoestructura que se le confiere al material sintetizado, puede permitir mejoras de rendimiento relevantes, lo que recalca la importancia de investigar en nanoestructuras más eficientes partiendo por su diseño conceptual, entendiendo su funcionalidad desde una perspectiva microscópica básica. Es aquí donde se torna relevante para el CIEN-UC impulsar la investigación interdisciplinaria donde trabajen en forma coordinada investigadores básicos y aplicados, conectando ciencias básicas con las aplicaciones que pueden estimular innovación y creación de conocimiento en esta área.
