Iluminando el futuro de las energías renovables

Un nuevo compuesto químico creado por investigadores de la Universidad de West Virginia está iluminando el camino hacia la energía renovable.

El compuesto es un fotosensibilizador, lo que significa que promueve reacciones químicas en presencia de luz. Tiene muchas aplicaciones potenciales para mejorar la eficiencia de las tecnologías modernas que van desde paneles solares que producen electricidad hasta teléfonos celulares.

El estudio, publicado el 16 de marzo en Química de la naturaleza, fue realizado por investigadores en el laboratorio del profesor asistente de química Carsten Milsmann con el apoyo de su Premio CARRERA de la Fundación Nacional de Ciencias.

Estas tecnologías actualmente dependen de metales preciosos, como el iridio y el rutenio, para funcionar. Sin embargo, solo quedan suministros limitados de estos materiales en el mundo, lo que los hace no renovables, difíciles de acceder y caros.

“Notamos que se han realizado pocos esfuerzos en el estudio de los metales más abundantes, titanio y circonio porque a menudo no son tan fáciles de trabajar. Los metales preciosos siempre han sido los elementos preferidos debido a sus propiedades químicas favorables que los hacen más fáciles de uso y estudio, y así es principalmente como se ha hecho en el campo “, dijo Milsmann. “Esperamos cambiar eso”.

El compuesto de Milsmann está hecho de circonio, que es mucho más abundante y más fácil de acceder, lo que lo convierte en una opción más sostenible y rentable. El compuesto también es estable en una variedad de condiciones, como el aire, el agua y los cambios de temperatura, lo que facilita su trabajo en una variedad de entornos.

Dado que el compuesto puede convertir la luz en energía eléctrica, podría usarse en la creación de paneles solares más eficientes.

Los paneles solares generalmente están hechos con silicio y requieren un umbral mínimo de luz para recolectar y almacenar energía. En lugar de usar silicio, los investigadores han estado explorando durante mucho tiempo la alternativa de los dispositivos sensibilizados por colorantes, en los que las moléculas de color recogen la luz y funcionan en condiciones de poca luz. Como beneficio adicional, esto también permite la producción de componentes semitransparentes. Hasta la fecha, los colorantes necesarios dependen en gran medida del precioso material de rutenio, pero el nuevo compuesto de Milsmann podría reemplazarlo en el futuro.

“El problema con la mayoría de los paneles solares es que no funcionan bien en días nublados. Son bastante eficientes, económicos y tienen una larga vida útil, pero necesitan condiciones de luz intensa para funcionar de manera eficiente”, dijo Milsmann. “Una forma de evitarlo es hacer versiones sensibles al tinte donde un compuesto de color absorbe luz para producir electricidad en cualquier condición climática. En el futuro, podríamos diseñar edificios que produzcan energía, esencialmente haciendo la fachada de su edificio, incluyendo todos sus ventanas, en una planta de energía “.

Por otro lado, el compuesto también podría usarse en diodos orgánicos emisores de luz, que convierten la energía eléctrica en luz, invirtiendo esencialmente la función de un panel solar. Esta característica hace que el compuesto sea una fuente de luz potencial para producir pantallas de teléfonos celulares más eficientes.

“Muchas pantallas de teléfonos celulares contienen iridio, otro compuesto de metales preciosos que hace exactamente lo que hace nuestro compuesto”, dijo Milsmann. “La ventaja de tener un diodo emisor de luz es que la mayor parte de su energía se convierte en luz. En el pasado, las fuentes de luz eran ineficientes porque solo convertían una pequeña fracción de la energía que recibían en luz”.

El siguiente paso del equipo de investigación es hacer que el compuesto sea soluble en agua para que pueda usarse potencialmente en aplicaciones biomédicas, como la terapia fotodinámica para pacientes con cáncer.

“El compuesto puede producir especies reactivas de oxígeno que inducen la muerte celular. Suena realmente peligroso, pero debido a que la reacción solo ocurre durante la exposición a la radiación con luz, su ubicación y duración pueden controlarse estrictamente”, dijo Milsmann. “Si puede enfocar su luz en un punto específico, puede generar especies reactivas de oxígeno para que actúen solo en respuesta a la luz, haciéndola segura. Esto tiene el potencial de eliminar tumores de manera menos invasiva que mediante cirugías y quimioterapia”.

El equipo de investigación incluyó al alumno de WVU Yu Zhang (PhD Chemistry, ’19), el actual estudiante graduado Dylan Leary y el profesor de química Jeffrey Petersen, entre otros.

“Estamos sentando las bases para muchas aplicaciones diferentes”, dijo Milsmann. “Comprender cómo funciona este compuesto, que es lo que hicimos en el documento, ayudará a las personas que desean llevar estas tecnologías adelante”.

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