Un detalle de la superficie del platino mejora la producción solar de hidrógeno

Un material que usa luz para liberar hidrógeno del agua puede perder buena parte de su capacidad por un detalle casi invisible: qué queda adherido a la superficie del platino que ayuda a la reacción. Un equipo de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) mostró que cambiar el compuesto con el que se incorpora ese metal evita, en gran medida, que se ocupen los lugares donde se forma el gas. En el sistema ensayado, esa modificación elevó la cantidad de hidrógeno producida bajo iluminación.

El resultado se refiere a nanopartículas de semiconductores orgánicos, materiales hechos de moléculas basadas principalmente en carbono que absorben luz visible. Cuando captan energía luminosa, pueden separar cargas eléctricas y usarlas para impulsar reacciones químicas. Para que esas cargas terminen formando hidrógeno, las partículas llevan pequeñas cantidades de platino, un metal que facilita ese último paso. La idea es atractiva porque los materiales orgánicos pueden procesarse de maneras distintas de los semiconductores inorgánicos convencionales, aunque todavía están lejos de resolver por sí solos los desafíos de una producción industrial de hidrógeno.

El grupo comparó tres sales precursoras de platino que se diferenciaban por el halógeno que acompaña al metal: cloro, bromo o yodo. Tras depositar platino sobre las nanopartículas y medir su comportamiento fotoelectroquímico, observó que el precursor no era un ingrediente indiferente. Con el compuesto de cloro, parte de las especies de platino no terminaba de reducirse y quedaba adsorbida en la superficie. Esos restos ocupaban sitios activos: zonas del metal donde deberían encontrarse los electrones y los protones para formar moléculas de hidrógeno.

La comparación con los precursores de bromo y de yodo permitió aislar el problema. Ambos se redujeron con mayor facilidad y dejaron menos especies que bloqueaban la superficie. Además de medir la respuesta electroquímica, el equipo empleó microscopía de fuerza Kelvin, una técnica capaz de detectar variaciones eléctricas muy pequeñas cerca de una superficie, para estudiar cómo se depositaba el platino. Los resultados relacionaron esa química superficial con los cambios en la velocidad de evolución de hidrógeno.

La mayor mejora apareció al añadir yoduro a la mezcla de reacción. En las condiciones de laboratorio del estudio, el sistema alcanzó un rendimiento cuántico aparente de 17 % con luz de 700 nanómetros. Esa medida indica qué fracción de los fotones que llegan al material acaba asociada a la formación de hidrógeno; no equivale a la eficiencia total de una planta ni permite calcular directamente cuánta electricidad o combustible produciría una instalación real.

La importancia del trabajo está en desplazar la atención hacia una etapa que puede pasar desapercibida. En el diseño de un fotocatalizador suele discutirse qué material absorbe la luz o cuánto platino se añade. Este experimento sugiere que también importa cómo llega el metal a la superficie y qué rastros químicos deja allí. Una pequeña modificación en el precursor puede transformar una superficie disponible para la reacción en otra parcialmente tapada.

Eso no convierte a las nanopartículas orgánicas en una tecnología lista para fabricar hidrógeno a gran escala. El estudio se realizó en un sistema específico y bajo condiciones controladas; faltan pruebas de estabilidad, escalado, costo y desempeño con luz solar real. El platino sigue siendo un material escaso y caro, y la obtención de hidrógeno con bajo impacto climático depende también de los materiales, la energía y el agua utilizados. Aún así, el trabajo ofrece una regla de diseño concreta para investigar fotocatalizadores: la eficiencia no depende solo de captar luz, sino también de mantener libres los lugares microscópicos donde ocurre la reacción.