Nanobarras fotoactivas de alta eficiencia con campos eléctricos internos mediados por intercambio aniónico

En la síntesis de compuestos orgánicos mediante fotocatálisis, la separación de pares electrón-hueco en el interior de los catalizadores semiconductores y la subsiguiente transferencia de los portadores, permiten la generación de especies de oxígeno altamente activas (ROS, por sus siglas del inglés reactive oxygen species) que participan en diversas reacciones orgánicas.

 

Una estrategia ampliamente acogida para aumentar la eficiencia de la separación de portadores es construir materiales compuestos con heterouniones, en los que se espera que el campo eléctrico interno (IEF) resultante de las estructuras de bandas en la interfaz, facilite la separación y migración de los portadores.

 

Un grupo de investigación internacional, diseñó teóricamente y sintetizó nanobarras monocristalinas de oxihidróxido de bismuto con estructura de la sillenita. Cada nanobarra está compuesta por capas alternas de cationes de [Bi₂O₂]²⁺ y de contraraniones OH– apiladas concéntricamente mediante interacciones tipo van der Walls, y presenta canales abiertos expuestos en la superficie. Entre las capas vecinas [Bi₂O₂]²⁺ y aniónica existe un IEF perpendicular a las capas, que podría facilitar la separación del portador. Además, el IEF también es perpendicular a la normal de las facetas expuestas, por lo que acorta la ruta de migración de los fotoportadores, favoreciendo el transporte y la separación de cargas. Encontraron  que el IEF puede ser regulado eficazmente mediante la introducción de una baja concentración de aniones haluro que reemplazan los iones OH–. Demostraron que una relación de intercambio baja (~ 10%) con aniones haluro (I–, Br–, Cl–) da lugar a un aumento prominente en la eficiencia de separación de portadores y un mejor desempeño fotocatalítico para la oxidación del acoplamiento de bencilamina. Este trabajo ofrece nuevos conocimientos sobre el diseño y la optimización de fotocatalizadores de semiconductores.

 

Los resultados se publicaron recientemente en Nature Communications