Controlando el Espín del Electrón para Dividir Eficientemente las Moléculas de Agua.
El agua está compuesta de oxígeno e hidrógeno y la división de las moléculas de agua para producir hidrógeno para combustible es un método prometedor para obtener energía alternativa.
Uno de los principales obstáculos para que la producción de hidrógeno se vuelva realidad es que los métodos actuales de división de las moléculas de agua resultan también en la formación de peróxido de hidrógeno.
Esto afecta tanto la eficiencia de la reacción como la estabilidad del proceso de producción.
Investigadores israelís y holandeses del Instituto Weizmann de Ciencia y de la Universidad Tecnológica de Eindhoven han tenido éxito en suprimir casi totalmente la producción del peróxido de hidrógeno al controlar el espín de los electrones durante la reacción.
El grupo publicó estos resultados esta semana en el Journal of the American Chemical Society. La producción eficiente de hidrógeno abre el camino para la utilización de energía solar para dividir moléculas de agua.
La meta es producir hidrógeno con celdas foto-electroquímicas (solares), utilizando luz para separar las moléculas de agua.
Desafortunadamente, la división de las moléculas de agua ha sido, hasta ahora, relativamente ineficiente, y la formación de peróxido de hidrógeno como subproducto corroe algunos de los electrodos, reduciendo aún más la eficiencia del proceso.
Espín del electrón
Los investigadores, dirigidos por los profesores Ron Naaman, del Instituto Weizmann de Ciencia, y Bert Meijer, de la Universidad Tecnológica de Eindhoven, son los primeros en investigar específicamente el papel del espín (el momento magnético interno), de los electrones involucrados en estas reacciones químicas básicas, basadas en el oxígeno. Ellos supusieron que, si ambos espines pudieran estar alineados, la formación del peróxido de hidrógeno no ocurriría, ya que el estado base del peróxido de oxígeno necesita dos electrones con espines opuestos. El oxígeno, en contraste es producido cuando los espines de los electrones son paralelos.
Expectativas e hidrógeno
El secreto de su éxito fue la pintura: los investigadores cubrieron uno de los electrodos de la celda foto-electroquímica (el ánodo de óxido de titanio) con una pintura orgánica que contiene estructuras supramoleculares quirales (moléculas que son las imágenes reflejadas una de la otra) de pintura orgánica. Estas estructuras únicas les permitieron a los científicos inyectar a la reacción química tan solo electrones con sus espines alineados en cierta dirección. Este trabajo se basó en descubrimientos pasados del grupo de Naaman demostrando que la transmisión de electrones a través de moléculas quirales es selectiva, ya que depende de los espines de los electrones.
“El efecto en la separación de las moléculas de agua superó nuestras expectativas,” dice Naaman. “La formación del peróxido de hidrógeno fue casi completamente suprimida. Nosotros también observamos un incremento significativo en la corriente de la celda. Y ya que las moléculas quirales son muy comunes en la naturaleza, nosotros esperamos que estos hallazgos sean significativos en varias áreas de investigación”.
Los investigadores todavía no son capaces de decir exactamente que tanto estos hallazgos podrían mejorar la eficiencia de la producción de hidrógeno. “Nuestra meta fue ser capaces de controlar la reacción y entender qué estaba pasando exactamente,” explica Meijer.
“De cierta manera tuvimos suerte, ya que las estructuras supramoleculares no estaban planeadas originalmente para este objetivo.
Esto muestra que tan importante es la química supramolecular como campo fundamental de investigación, y estamos muy ocupados optimizando el proceso”.
Fuente: www.latamisrael.com