Els nitrils s\u00f3n una de les classes LOHC m\u00e9s atractives. La reducci\u00f3 d’un grup nitril (C\u2261N) a una amina prim\u00e0ria (CH2<\/sub>-NH2<\/sub>) emmagatzema dos equivalents d’H2<\/sub> per mol\u00e8cula, i la deshidrogenaci\u00f3 inversa regenera el nitril de manera neta. La parella benzonitril-benzilamina \u00e9s el sistema model amb qu\u00e8 treballem. Ambdues mol\u00e8cules s\u00f3n l\u00edquides a temperatura ambient, la reacci\u00f3 est\u00e0 termodin\u00e0micament ben definida i s’ha demostrat que el coure la catalitza selectivament en condicions purament electroqu\u00edmiques, tal com ha informat el nostre soci del projecte de l’INAM. <\/p>\n\n En lloc d’impulsar aquesta reacci\u00f3 amb electricitat de la xarxa, l’impulsem amb llum solar directament en un fotoc\u00e0tode. Un fotoc\u00e0tode \u00e9s un el\u00e8ctrode semiconductor que absorbeix la llum, genera parells electr\u00f3-forat i utilitza els electrons fotogenerats per reduir una mol\u00e8cula diana a la seva superf\u00edcie. Fer-ho fotoelectroqu\u00edmicament t\u00e9 tres avantatges concrets respecte a l’electr\u00f2lisi convencional acoblada a un panell fotovoltaic. Elimina el cablejat el\u00e8ctric, l’electr\u00f2nica de pot\u00e8ncia i les p\u00e8rdues de conversi\u00f3 entre un m\u00f2dul fotovoltaic separat i un electrolitzador. Integra l’absorci\u00f3 de llum i la cat\u00e0lisi en un sol dispositiu, cosa que simplifica el sistema. I obre la porta a la fabricaci\u00f3 de productes qu\u00edmics impulsats per energia solar a temperatura i pressi\u00f3 ambient, sense cap entrada el\u00e8ctrica externa. <\/p>\n\n La qu\u00edmica al fotoc\u00e0tode, per\u00f2, \u00e9s m\u00e9s dif\u00edcil del que sembla. La reducci\u00f3 del benzonitril a benzilamina es produeix a trav\u00e9s d’un intermediari imina reactiu que s’hidrolitza f\u00e0cilment per l’aigua a l’aldehid corresponent. L’aldehid es redueix aleshores a alcohol benz\u00edlic, que no forma part del cicle reversible d’emmagatzematge d’hidrogen i representa una p\u00e8rdua permanent d’efici\u00e8ncia far\u00e0dica. En paral\u00b7lel, la reacci\u00f3 d’evoluci\u00f3 de l’hidrogen competeix pels mateixos electrons fotogenerats i redueix encara m\u00e9s la selectivitat. Suprimir aquestes dues vies laterals \u00e9s el repte catal\u00edtic central al costat del c\u00e0tode, i dicta gaireb\u00e9 totes les eleccions de materials que fem. <\/p>\n\n El nostre enfocament parteix de l’\u00f2xid cupros (Cu2<\/sub>O) com a absorbent de llum. El Cu2<\/sub>O t\u00e9 una banda prohibida d’uns 2.0 eV, \u00e9s un semiconductor de tipus p i es pot produir mitjan\u00e7ant una simple oxidaci\u00f3 t\u00e8rmica d’una l\u00e0mina de coure. A sobre de l’absorbent, constru\u00efm una pila funcional mitjan\u00e7ant la deposici\u00f3 de capes at\u00f2miques: una capa fina de Ga2<\/sub>O3<\/sub> actua com a contacte selectiu d’electrons i millora la separaci\u00f3 de c\u00e0rrega i el fotovoltatge generat, mentre que una capa de TiO2 <\/sub>protegeix el material subjacent de l’electr\u00f2lit durant el funcionament i condueix els electrons fotogenerats a la interf\u00edcie. El catalitzador de coure a la superf\u00edcie orientada a l’electr\u00f2lit es fa cr\u00e9ixer per fotoelectrodeposici\u00f3, que col\u00b7loca el material catalitzador precisament on es genera el fotocorrent cat\u00f2dic. Aquesta deposici\u00f3 autoselectiva produeix estructures de coure d’alta superf\u00edcie que maximitzen l’activitat catal\u00edtica per \u00e0rea projectada. <\/p>\n\n Una conseq\u00fc\u00e8ncia d’una capa de catalitzador altament activa \u00e9s que esdev\u00e9 \u00f2pticament opaca abans de saturar-se catal\u00edticament. En una geometria convencional il\u00b7luminada frontalment, aix\u00f2 significa que el catalitzador priva l’absorbidor de llum exactament quan hauria de permetre la reacci\u00f3. La nostra soluci\u00f3 \u00e9s la il\u00b7luminaci\u00f3 posterior: la llum entra per la part posterior del dispositiu i la superf\u00edcie frontal queda completament lliure per a la deposici\u00f3 del catalitzador. Aix\u00f2 desacobla les dues funcions que la superf\u00edcie frontal hauria de compartir d’altra manera i elimina una restricci\u00f3 de disseny important. Tanmateix, la il\u00b7luminaci\u00f3 posterior comporta els seus propis requisits. L’absorbidor ha de ser prou prim perqu\u00e8 els portadors fotogenerats puguin arribar al contacte col\u00b7lector dins de la seva longitud de difusi\u00f3, i el contacte posterior ha de ser simult\u00e0niament transparent, conductor i selectiu de forats. Aquest \u00faltim punt \u00e9s on les coses es tornen interessants: els \u00f2xids conductors transparents de tipus p s\u00f3n not\u00f2riament rars en comparaci\u00f3 amb els seus hom\u00f2legs de tipus n, i trobar un material adequat que tamb\u00e9 sigui compatible amb les nostres l\u00e0mines de Cu2<\/sub>O independents i fr\u00e0gils \u00e9s un esfor\u00e7 continu. Els candidats actuals inclouen \u00f2xids de la fam\u00edlia de NiO, capes de Cu-Cr-O cultivades per ALD i conductors de forats processats en soluci\u00f3 com ara CuSCN i CuI. <\/p>\n\n L’emmagatzematge d’hidrogen impulsat per energia solar en un LOHC \u00e9s una meitat atractiva d’un sistema de qu\u00edmica solar, per\u00f2 nom\u00e9s una meitat. Cada fotoc\u00e0tode necessita un foto\u00e0node aparellat, i l’elecci\u00f3 de la reacci\u00f3 d’oxidaci\u00f3 en aquest \u00e0node determina tant el balan\u00e7 energ\u00e8tic general com el valor econ\u00f2mic del proc\u00e9s. L’opci\u00f3 per defecte, l’oxidaci\u00f3 de l’aigua, t\u00e9 inconvenients fonamentals que motiven la cerca d’alternatives. <\/p>\n\n La reacci\u00f3 d’evoluci\u00f3 d’oxigen (OER) es considera \u00e0mpliament com el coll d’ampolla dels sistemes de conversi\u00f3 d’energia electroqu\u00edmica a causa de la seva lenta cin\u00e8tica de reacci\u00f3 i l’alt sobrepotencial necessari per impulsar la reacci\u00f3. Per aquest motiu, la substituci\u00f3 de l’OER per reaccions d’oxidaci\u00f3 alternatives ha sorgit com una estrat\u00e8gia atractiva. Entre les diverses alternatives, l’oxidaci\u00f3 de biomassa ha rebut una atenci\u00f3 considerable com a estrat\u00e8gia sostenible per convertir mat\u00e8ries primeres derivades de biomassa de baix valor i sovint descartades en productes qu\u00edmics d’alt valor, contribuint aix\u00ed a una economia circular del carboni. <\/p>\n\n En comparaci\u00f3 amb l’OER, l’oxidaci\u00f3 de biomassa ofereix diversos avantatges atractius. El m\u00e9s important \u00e9s que permet la producci\u00f3 de productes qu\u00edmics de valor afegit en lloc de gas oxigen de baix valor, millorant la viabilitat econ\u00f2mica general del proc\u00e9s. A m\u00e9s, l’oxidaci\u00f3 de biomassa generalment requereix un sobrepotencial molt m\u00e9s baix que l’OER, cosa que redueix l’entrada d’energia per a la conversi\u00f3 electroqu\u00edmica. En utilitzar biomassa residual com a font de carboni, tamb\u00e9 contribueix a la circularitat del carboni i a una fabricaci\u00f3 qu\u00edmica m\u00e9s sostenible. A m\u00e9s, la supressi\u00f3 de l’evoluci\u00f3 de l’oxigen pot mitigar les preocupacions de seguretat associades a les mescles d’H2<\/sub>\/O2 en sistemes de producci\u00f3 d’hidrogen a gran escala. <\/p>\n\n Malgrat el seu gran potencial, cal superar diversos reptes abans que l’oxidaci\u00f3 de la biomassa es pugui implementar \u00e0mpliament en aplicacions pr\u00e0ctiques. Un dels reptes clau \u00e9s la complexitat estructural de les mol\u00e8cules derivades de la biomassa. Com que les mol\u00e8cules derivades de la biomassa contenen m\u00faltiples \u00e0toms de carboni i diversos grups funcionals reactius, poden experimentar nombroses vies de reacci\u00f3 que competeixen durant l’oxidaci\u00f3. Si b\u00e9 aquesta complexitat permet la producci\u00f3 d’una \u00e0mplia gamma de productes qu\u00edmics valuosos, tamb\u00e9 condueix a mescles de productes complexes, augmentant el cost i la dificultat de la separaci\u00f3 i purificaci\u00f3 posteriors. Per tant, el desenvolupament de catalitzadors altament selectius que puguin dirigir l’oxidaci\u00f3 de la biomassa cap a un producte desitjat \u00e9s essencial per a la comercialitzaci\u00f3 d’aquesta tecnologia. Des d’una perspectiva comercial, el desenvolupament d’el\u00e8ctrodes de gran \u00e0rea capa\u00e7os de funcionar a altes densitats de corrent tamb\u00e9 \u00e9s cr\u00edtic per aconseguir taxes de producci\u00f3 r\u00e0pides i alts rendiments de producte. Aconseguir tant una alta activitat catal\u00edtica com una alta escalabilitat ser\u00e0 crucial per traduir les tecnologies d’oxidaci\u00f3 de la biomassa de la recerca de laboratori a les aplicacions industrials. <\/p>\n\n Per abordar aquests reptes, la nostra recerca se centra en el disseny de foto\u00e0nodes d’alt rendiment per a l’oxidaci\u00f3 de biomassa fotoelectroqu\u00edmica (PEC). Primer, dissenyem foto\u00e0nodes amb un interval de banda adequat per a una captaci\u00f3 efica\u00e7 d’energia solar. En incorporar m\u00faltiples capes funcionals, incloses les capes selectives d’electrons, permetem una separaci\u00f3 de c\u00e0rrega eficient alhora que facilitem una transfer\u00e8ncia r\u00e0pida de c\u00e0rrega. En segon lloc, dissenyem el foto\u00e0node per a la il\u00b7luminaci\u00f3 posterior. Aquesta configuraci\u00f3 deixa la superf\u00edcie frontal disponible per a la deposici\u00f3 de catalitzadors, permetent integrar una gamma m\u00e9s \u00e0mplia de catalitzadors mentre es mant\u00e9 una forta absorci\u00f3 de llum. Com a resultat, el sistema ofereix una estrat\u00e8gia vers\u00e0til per desenvolupar sistemes d’oxidaci\u00f3 de biomassa PEC eficients i escalables. <\/p>\n\n En \u00faltima inst\u00e0ncia, el nostre objectiu \u00e9s integrar el sistema de reacci\u00f3 PEC LOHCs amb l’oxidaci\u00f3 de biomassa per establir un sistema de conversi\u00f3 qu\u00edmica impulsat per l’energia solar. A difer\u00e8ncia de la divisi\u00f3 convencional de l’aigua, on l’evoluci\u00f3 d’oxigen a l’\u00e0node limita l’efici\u00e8ncia general i el valor econ\u00f2mic, aquest enfocament permet la producci\u00f3 de productes qu\u00edmics valuosos en ambd\u00f3s el\u00e8ctrodes: l’emmagatzematge d’hidrogen en un portador org\u00e0nic l\u00edquid i la millora selectiva de mol\u00e8cules derivades de la biomassa. Aquesta estrat\u00e8gia representa una via prometedora cap a una producci\u00f3 sostenible i pr\u00e0ctica de combustibles i productes qu\u00edmics solars. <\/p>\n\n <\/p>\n\n![\"\"](\"https:\/\/pecaths.eu\/wp-content\/uploads\/sites\/33\/2026\/07\/Jason_1.tif_.jpg\")
Combinant l’emmagatzematge d’hidrogen amb la millora de la biomassa<\/h2>\n\n