Hidrogenoa ingurumenaren aldetik modu garbian lortzeko hiru estrategia daude: bide termokimikoa, bide fotobiologikoa eta bide fotokatalitikoa. Azken horrek ditu abantaila gehien: kostu txikia, bihurketa-eraginkortasun ona, gasak (O2 eta H2) bereizteko aukera, eta erreaktorearen tamainaren moldagarritasuna.
Fotokatalisi bidez lortutako hidrogenoa, beraz, erraz metatu eta garraiatu daitekeen energia-iturri berriztagarria da. Hori dela eta, hidrogenoa erregai-piletan elektrizitatea sortzeko erabiltzen da; pila horiek eraikinetarako edo ibilgailuetarako (hidrogenozko motorrak) behar den energia emateko balio dezakete. PHOTO-ACTIVE proiektuaren helburu orokorra estaldura fotokatalitiko berriak garatzea eta haien propietate optikoak optimizatzea da, energiaren arloan duten aplikagarritasuna hobetzeko, eta, zehazkiago, hidrolisi fotokatalitikoaren bidez hidrogenoa lortzeko. Helburu orokorraz gain, zenbait helburu tekniko espezifiko zehazten dira:
– Oxido metalikoetan oinarritutako estaldura fotokatalitikoen familia berri bat garatzea, energia xurgatzeko gaitasuna izango duena UV espektroan nahiz espektro ikusgaian, hidrogenoa hidrolisi bidez produzituz. Garatutako materialek hidrolisi-erreakzioa aktibatzeko moduko potentzial handiak izan beharko dituzte, eta birkonbinazio elektronikoko ratio txikiak izan beharko dituzte. Horri esker, sistemaren eraginkortasuna hobetu ahal izango da.
– Garatutako gainazalen erantzun fotokatalitikoa optimizatzea, hidrogenoa ekoizteko garaian sistemaren eraginkortasuna handitu ahal izateko. Horretarako, oxido metalikoak dopatzeko hainbat tratamenduren eragina aztertuko da, hidrogeno-ekoizpen handiagoa eragingo duten sistema energetikoki errentagarriagoak lortzeko.
– Propietate fotokatalitikoak erresistentzia mekanikoarekin, kimikoarekin eta korrosioaren aurrean (fotooxidazioa urarekin kontaktuan) konbinatzen dituzten estaldurak lortzea, gelaxka fotoelektrolitikoetan aplikatu ahal izateko.
Bi estrategia nagusi daude hidrogenoa lortzeko uraren hidrolisi fotokatalitikoaren edo water splitting-aren bidez. Lehenengoa fotosintesian inspiratua dago, eta bi etapako sistemak erabiltzean datza. Bi konposatu konbinatu behar dira, eta horietako bakoitza hidrolisia osatzen duten erreakzioetako batez arduratuko da (erredukzio bidezko hidrogeno-ekoizpena eta oxidazio bidezko oxigeno-ekoizpena). Adibidez, WO3 oxidazio-erreakzioan erabil daiteke; eta erredukzio-erreakzioa, berriz, nitruroek edo sulfuroek egin ohi dute (esaterako, ZnS-ak). Bigarren estrategia da erreakzio fotokatalitikoa urrats bakar batean sortzeko gai den material bat garatzea. Bere propietate optikoengatik, titanio oxidoa (TiO2) gehien aztertu den materialetako bat da. Hala ere, TiO2-ak zenbait desabantaila ditu: batetik, UV espektroko fotoiak soilik xurgatzen ditu; eta, bestetik, karga-eramaileen birkonbinazioa nahiko erraz gertatzen da titanio oxidoan.
Hori dela eta, eta eragozpen horiek konpontzeko, PHOTO-ACTIVE proiektuan espektro ikusgaian xurgatzeko ahalmena duten eta hidrogeno-ekoizpenaren eraginkortasun handiagoa duten oxido metaliko eraldatuetan oinarritutako material berriak sintetizatzeko aukera ikertuko da.
Proiektuan PVD (AIN) bidezko eta LbL (NUP-IMEM-GIMF) bidezko estaldurak garatzen ari dira. Gainazal berrien karakterizazioak honako hauen azterketa barne hartzen du: konposizio kimikoa, egitura, propietate fotokatalitikoak eta optikoak, propietate mekanikoak eta korrosioarekiko portaera. Bi erakundeek esperientzia handia dute estaldura dekoratibo eta funtzionalekin oro har eta bereziki material fotokatalitikoekin lotutako gaiei buruzko proiektuetan, eta administrazioek (eskualdekoek, estatukoek eta Europakoek) babestutako hainbat proiektutan parte hartu dute.
Proiektuaren bigarren eta azken gertaera garrantzitsua osatu ondoren, proiektuaren emaitza nagusi gisa, nabarmendu behar da burdin oxidozko (Fe2O3) eta tungsteno oxidozko (WO3) estaldura finak lortu direla, sinpleak eta konbinatuak, propietate fotokatalitiko handiak dituztenak eta bakterioen kontrako eraginkortasuna dutenak. Emaitza horiek aurki argitaratuko dira Journal of Nanoscience and Nanotechnology aldizkarian, izenburu honekin: Antibacterial activity of photocatalytic metal oxide thin films deposited by Layer-by-Layer self-assembly. 2020ko martxoaren 10ean onartu zen artikulua.
