La tecnología de producción de hidrógeno mediante fotocatálisis se ha convertido en una de las respuestas más significativas para enfrentar la crisis energética y la contaminación ambiental. En este contexto, el sulfuro de cadmio (CdS), conocido por su adecuada banda prohibida y su estructura de superficie ajustable, ha sido ampliamente utilizado en la producción de hidrógeno fotocatalítico. Sin embargo, a pesar de sus ventajas, el CdS enfrenta serios problemas de recombinación de portadores fotogenerados y es susceptible a la corrosión fotoquímica inducida por agujeros, lo que limita drásticamente su aplicación en fotocatálisis.
Para superar estos desafíos, se han propuesto diversas estrategias efectivas, como la regulación de la morfología, el dopaje elemental y la construcción de heteroestructuras. Entre estas estrategias, la creación de una heterojunción del tipo S con un semiconductor adecuado se presenta como una de las más prometedoras. Esta configuración permite que las reacciones de oxidación y reducción ocurran en lugares distintos, promoviendo así la separación espacial de las cargas fotogeneradas.
Avances en la Fotocatálisis: La Heterojunción S
Recientemente, un equipo de investigación liderado por el profesor asociado Kang-Qiang Lu, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Jiangxi, ha logrado diseñar una heterojunción del tipo S compuesta por puntos cuánticos de CdS y nanotubos huecos de In2O3. Este diseño ha demostrado una actividad significativamente mejorada en la producción de hidrógeno fotocatalítico.
La formación de la heterojunción del tipo S suprime eficazmente la recombinación de portadores fotogenerados, promoviendo la separación y transferencia de electrones. Esto, a su vez, mejora tanto la actividad de producción de hidrógeno fotocatalítico como la estabilidad del material compuesto. Los resultados de esta investigación han sido publicados en la revista Chinese Journal of Catalysis.
El proceso de fabricación de la heterojunción del tipo S implica el crecimiento de puntos cuánticos de CdS sobre la superficie de nanotubos de In2O3 mediante un método de autoensamblaje electrostático. La estructura de nanotubo hueco otorga a los compuestos una mayor área de superficie específica y abundantes sitios de generación de H2. La formación de esta heteroestructura facilita de manera significativa la separación y transferencia de portadores fotogenerados en los compuestos de CdS-In2O3, lo que resulta en un rendimiento fotocatalítico notablemente superior en comparación con el CdS puro.
Además, se investigó el mecanismo de transferencia de portadores mediante espectroscopía de fotoelectrones por rayos X in situ (XPS) y cálculos de teoría del funcional de densidad (DFT), verificando así el mecanismo de la heterojunción del tipo S en los compuestos de CdS-In2O3. Las caracterizaciones exhaustivas indican que la creación de una heteroestructura del tipo S entre los nanotubos de In2O3 y los puntos cuánticos de CdS puede mejorar significativamente la separación y migración de los portadores fotogenerados, lo que a su vez optimiza el rendimiento fotocatalítico.
Este trabajo arroja luz sobre el papel crucial de las heterojunciones del tipo S en la producción fotocatalítica de H2 y ofrece perspectivas novedosas para la construcción de fotocatalizadores compuestos efectivos.
