Las reacciones químicas en la superficie de los óxidos metálicos, tales como el dióxido de titanio y el óxido de zinc, son la base de los procesos en aplicaciones como el funcionamiento de las células solares: convierten la energía solar en electricidad. Científicos de la Universidad de Washington (UW) han descubierto que un aspecto poco conocido de estas reacciones podría ser clave en el desarrollo de sistemas de energía más eficientes. Los investigadores han publicado el hallazgo en la revista Science.
Estos sistemas podrían incluir, por ejemplo, células solares que produzcan más electricidad a partir del Sol o células de combustible de hidrógeno lo suficientemente eficientes para su uso en automóviles. Una verdadera revolución en las energías renovables y limpias.
Algunas reacciones químicas cambian el estado de oxidación de las moléculas en la superficie de óxidos metálicos. Estos procesos químicos se han considerado, hasta ahora, como una mera transferencia de electrones. Pero la nueva investigación demuestra que, al menos en algunas de las reacciones, el proceso de transferencia incluye electrones y protones acoplados.
Este acoplamiento de la transferencia de electrones con la transferencia de protones podría ayudar a reducir las barreras de energía de las reacciones químicas en muchas tecnologías. La nueva perspectiva podría ayudar a mejorar los procesos fotocatalíticos químicos, incluidos los diseñados para el procesamiento de aguas residuales o la autolimpieza de superficies, tales como el exterior de edificios situados en áreas de fuerte contaminación industrial.
La investigación se centró, en concreto, en nanopartículas de dióxido de titanio y óxido de zinc. El dióxido de titanio es el pigmento blanco más común, usado en pinturas, recubrimientos, plásticos y materiales de protección solar. El óxido de zinc, por su parte, se utiliza también en pigmentos, así como en revestimientos y filtros solares, en la fabricación de caucho, hormigón y otros materiales.
El trabajo puede servir para encontrar combustibles más eficientes para los vehículos del futuro. Las baterías de combustible, por ejemplo, transforman el oxígeno atmosférico en agua mediante la adición de protones y electrones y, añadiendo el acoplamiento de electrones y protones, podrían conseguirse baterías más eficientes, permitiendo el reemplazo de materiales costosos, como el platino.