Química computacional para encontrar un fotocatalizador del Hidrógeno
Investigadores del instituto IQTCUB de la Universidad de Barcelona han creado modelos computacionales de nanopartículas de óxido de titanio. El avance servirá para buscar un catalizador que, con luz visible, permita la división del agua y generar hidrógeno, uno de los combustibles del futuro.
El óxido de titanio (TiO2) es un material con propiedades únicas de fotocatálisis y se está aplicando en muchas áreas tecnológicas. Una de las propiedades principales que tiene es la capacidad de fotocatalizar la rotura de la molécula de agua para obtener una molécula de hidrógeno y una de oxígeno. El hidrógeno es el combustible potencial más limpio de que podríamos disponer, con el reto es conseguir un procedimiento limpio que permita dejar de usar combustibles fósiles.
Los miembros del proyecto COMPHOCAT, liderado por el catedrático Francesc Illas, director del Instituto de Investigación de Química Teórica y Computacional de la Universidad de Barcelona (IQTCUB), han estudiado las propiedades de este óxido en la nanoescala para construir modelos computacionales que simulen el comportamiento de las nanopartículas que se utilizarán en la práctica. Algunos de los avances los publican en The Journal of Physical Chemistry C.
El equipo ha creado modelos de nanopartículas de óxido de titanio en las que se han estudiado las propiedades electrónicas. "Hasta ahora, no ha sido posible identificar fotocatalizadores de TiO2 con actividad en la región de la luz visible, lo que limita sus aplicaciones prácticas", explica Illas, que añade: "Para conseguir que un fotocatalizador sea práctico necesitamos obtener luz en el rango ultravioleta, en el que el TiO2 funciona mejor, o bien modificar el compuesto para que tenga las mismas características con luz visible".
Según el investigador, la primera opción queda descartada "porque no se puede recoger luz ultravioleta suficiente a partir de la luz solar, ya que la atmósfera absorbe la luz de este rango". El segundo caso (modificar las nanopartículas de TiO2) es lo que se está estudiando desde el IQTCUB.
El equipo ha creado modelos realistas de diversas nanopartículas de TiO2 en las que se han estudiado las propiedades electrónicas empleando métodos basados en la teoría del funcional de la densidad, y ha llevado a cabo cálculos precisos teniendo en cuenta todos los electrones e incluyendo efectos relativistas.
"La geometría de cada partícula ha sido determinada por la minimización de la energía, una técnica utilizada para obtener la distribución de átomos más estable para una molécula", apunta Illas. Las propiedades electrónicas se han estudiado como función del tamaño y forma de la nanopartícula.