Fotólisis

Fotólisis
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Fotólisis: Descomposición de una sustancia en unidades más sencillas, debido a la absorción de luz. Disociación del agua en hidrogeniones y oxígeno por medio de la energía luminosa; se supone que es parte de la fotosínteses.La fotólisis es la ruptura de enlaces químicos por causa de energía radiante. Se llama fotólisis o fotolisis, fotodisociación, o fotodescomposición a la disociación de moléculas orgánicas complejas por efecto de la luz, y se define como la interacción de una o más fotones con una molécula objetivo. Es el proceso en el que se basa la fotosíntesis. La fotodisociación no está limitada al espectro visible. Cualquier fotón con suficiente energía puede afectar los enlaces químicos de un compuesto químico. Como la energía fotónica es inversamente proporcional a su longitud de onda, la radiación electromagnética con la energía del visible o mayor, como la radiación ultravioleta, rayos x y rayos gamma son usualmente involucradas en tales reacciones

¿En que consiste la fotólisis del agua?

Consiste en la ruptura de los enlaces químicos del agua por causa de energía radiante. Se llama fotólisis a la disociación de moléculas orgánicas complejas por efecto de la luz, y se define como la interacción de una o más fotones con una molécula objetivo. Es el proceso en el que se basa la fotosíntesis. La fotólisis del agua es la ruptura de la molécula de H2O mediante el poder oxidante que posee el ión p680+ rompe la molécula de H2O, en 1 e- que es aceptado por la clorofila p680+, en 2 protones H+ que son aceptados por la coenzima NADP para pbtener NADPH2, y O2 molecular que es liberado hacia la atmósfera renovándolo periódicamente al mismo.

Producción de hidrógeno renovable mediante fotólisis de agua con luz solar

Uno de los métodos más atractivos de producción sostenible de hidrógeno, sin emisiones de CO2, es mediante utilización de la radiación solar. El interés reside en el enorme potencial que tiene una energía abundante, aunque diluida, como es la energía solar. Las estimaciones indican que durante una hora la Tierra recibe del Sol una energía del orden de 14 TW (1 TW = 1018 J/s), cantidad equivalente a la energía consumida en el planeta a lo largo de un año. Esta energía debe fijarse, convertirse y finalmente almacenarse en forma de un portador versátil como es el hidrógeno. Si bien la energía solar puede usarse para producir calor, electricidad o hidrógeno, la utilización de la luz solar para romper la molécula de agua y generar hidrógeno es un proceso de gran interés en cuanto que no está sometido a las limitaciones asociadas a la ruptura térmica de la molécula de agua o con la conversión de la energía solar a electricidad que puede utilizarse en una segunda etapa para realizar la electrolisis de agua.

La producción de hidrógeno (y oxígeno) mediante descomposición fotocatalítica del agua mediante luz solar, y específicamente con la parte del espectro solar correspondiente a la región visible (λ = 420-670 nm) se viene estudiando con intensidad en la última década. Desde el punto de vista termodinámico, la reacción de descomposición de agua es un proceso altamente endotérmico, con un cambio grande y positivo en la energía libre de Gibbs (ΔG0 = + 237.2 kJ/mol).

Dado que el agua pura no absorbe la luz solar, el proceso de ruptura de la molécula de agua en sus componentes (H2 y O2) necesita la incorporación de un fotocatalizador capaz de absorber la radiación para realizar a continuación la reacción. La disociación del agua en H2 y O2 sobre semiconductores utilizando luz solar se empezó a estudiar en detalle a partir de 1972 cuando se construyó el primer dispositivo que permitió romper la molécula de agua [1]. El fotocatalizador más utilizado para este propósito ha sido el TiO2.

Este sistema presenta una elevada actividad en la reacción pero requiere la utilización de luz ultravioleta. Esta peculiaridad limita seriamente la aplicación del TiO2 en la reacción de disociación del agua. H2O + h.n → H2 + ½ O2 (1)

La eficiencia de este proceso viene determinada principalmente por las propiedades foto-físicas y la morfología del fotocatalizador empleado. Los desarrollos realizados han sido notables en este campo a lo largo de los últimos años, aún considerando que la máxima eficiencia alcanzada (próxima a 2,5%) todavía está alejada de una aplicación práctica. Conforme al estado del arte de esta tecnología, la aplicación comercial de la producción de hidrógeno mediante la energía fotónica del espectro visible requiere desarrollos importantes en la ciencia e ingeniería hasta conseguir fotocatalizadores activos y estables en la reacción de disociación. En una revisión reciente, se han analizado no solo los requerimientos energéticos que deben cumplir los semiconductores activos en la reacción sino también algunos ejemplos de óxidos y sulfuros con una configuración electrónica d0 y d10 que se han utilizado con éxito para producir H2 con luz solar en condiciones de reacción muy suaves (temperatura ambiente y presión atmosférica).

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