Vea También
 |
| Los marcos orgánicos covalentes (COF) son compuestos orgánicos porosos y estructurados que pueden convertir la energía solar en combustibles como el hidrógeno. |
Los científicos destacan el potencial de una nueva clase de materiales para convertir la luz solar en combustible.
Ya sea por el aumento de los precios de los combustibles o por los fallos en las redes eléctricas, las consecuencias de la crisis energética mundial son difíciles de ignorar. La necesidad de fuentes de combustible alternativas es mayor que nunca, pero, a pesar de la popularidad de los paneles solares, hay una gran cantidad de energía solar sin explotar. Ahora, un equipo multinacional de investigadores explora las investigaciones existentes sobre los marcos orgánicos covalentes (COF), una nueva clase de compuestos que absorben la luz, como posible solución para la producción eficiente de combustible a partir de la energía solar.
Los fotocatalizadores absorben la energía de la luz para que se produzca una reacción química. El fotocatalizador más conocido es quizás la clorofila, el pigmento verde de las plantas que ayuda a convertir la luz solar en carbohidratos. Mientras que los hidratos de carbono pueden estar cayendo en desgracia, la fotocatálisis está recibiendo más atención que nunca. En un proceso fotocatalítico, la luz incide sobre un fotocatalizador, aumenta la energía de sus electrones y hace que éstos rompan sus enlaces y se muevan libremente por el catalizador. Estos electrones "excitados" reaccionan entonces con las materias primas de una reacción química para producir los productos deseados. Una de las principales prioridades en el campo de la investigación sobre energías alternativas es el uso de fotocatalizadores para convertir la energía solar en combustible, un proceso denominado "producción de energía solar a combustible".
 |
| Los científicos subrayan el potencial de una nueva clase de materiales para convertir la luz solar en combustible. Crédito: Universidad de Shoolini |
Como explica el Dr. Pardeep Singh, "la energía solar se ha aprovechado con éxito para producir electricidad, pero aún no somos capaces de fabricar eficazmente combustibles líquidos a partir de ella. Estos combustibles solares, como el hidrógeno, podrían ser un suministro abundante de energía sostenible, almacenable y portátil."
La especialidad de los marcos orgánicos covalentes radica en su capacidad para mejorar la catálisis y añadir a su estructura unas moléculas sustitutivas especiales denominadas "grupos funcionales" que permiten sortear las limitaciones de los fotocatalizadores existentes. Esto se debe a ciertas propiedades favorables de los marcos orgánicos covalentes, como la estabilidad química, la porosidad controlable y la fuerte deslocalización de electrones, que los hacen extra estables.
Como su nombre indica, los marcos orgánicos covalentes están formados por moléculas orgánicas unidas en una estructura que puede adaptarse a diversas aplicaciones. Además, la fuerte deslocalización de electrones significa que, a diferencia de los fotocatalizadores semiconductores, los electrones excitados se recombinan a mitad de camino con poca frecuencia, lo que da lugar a más electrones excitados para la reacción química. Dado que estas reacciones se producen en la superficie del fotocatalizador, el aumento de la superficie y la porosidad modificable de los marcos orgánicos covalentes es una gran ventaja. Los fotocatalizadores de marcos orgánicos covalentes tienen aplicación en la conversión de agua en hidrógeno y en la producción de metano a partir de dióxido de carbono, lo que promete el doble beneficio de producir combustible y mitigar el calentamiento global. Además, pueden incluso ayudar en la fijación del nitrógeno, la producción de plásticos y el almacenamiento de gases.
Un nuevo tipo de marcos orgánicos covalentes, los marcos covalentes de triazina (CTF), están actualmente en la vanguardia de la investigación sobre la producción de hidrógeno. Los CTF tienen una capacidad de producción de hidrógeno entre 20 y 50 veces superior a la de los fotocatalizadores grafíticos, lo que los convierte en una opción muy prometedora para la futura producción de combustible.
Sin embargo, antes de poner el carro de la energía solar delante de los bueyes, es importante tener en cuenta que los fotocatalizadores basados en marcos orgánicos covalentes se encuentran en una fase temprana de desarrollo y todavía no producen combustible con tanta eficacia como sus homólogos basados en semiconductores. No obstante, sus extraordinarias propiedades y su diversidad estructural los convierten en candidatos prometedores para la futura investigación sobre la conversión de la energía solar en combustible y en una solución viable para la actual crisis energética. "La cuestión más esencial es explorar catalizadores robustos derivados de marcos orgánicos covalentes para las aplicaciones deseadas. Cabe esperar que los fotocatalizadores basados en marcos orgánicos covalentes alcancen un nuevo hito en los próximos años", concluye un optimista Dr. Pankaj Raizada.
Fuentes, créditos y referencias:
“The emerging covalent organic frameworks (COFs) for solar-driven fuels
production” , Coordination Chemistry Reviews.
DOI: 10.1016/j.ccr.2021.214117