Los óxidos de nitrógeno (NOx), suma de monóxido y dióxido de nitrógeno, son gases tóxicos que están en la atmósfera y se producen en gran medida por el uso de combustibles fósiles. Los vehículos, pero también las industrias térmicas y eléctricas, son los máximos responsables de las emisiones de estos gases que suponen un peligro para la salud humana, sobre todo en los centros urbanos donde se mueven muchos coches. Una de las estrategias para disminuir los niveles de NOx es emplear en los materiales de construcción un fotocatalizador, esto es, un compuesto químico que trabaja con la luz solar, para que así los edificios sean autodescontaminantes.

Imagen del grupo de investigación que ha participado en el estudio.

Sin embargo, al necesitar luz para descontaminar, los fotocatalizadores limitan su actividad a las horas diurnas. Ahora, un grupo de investigación de la Universidad de Córdoba adscrito al Instituto Universitario de Química para la Energía y Medioambiente (IQUEMA), liderado por la profesora Ivana Pavlovic y el profesor Luis Sánchez, ha logrado un nuevo avance al conseguir que los fotocatalizadores puedan seguir trabajando sin luz.

Para ello han empleado un compuesto químico basado en Hidróxidos Dobles Laminares (sistema HDL) capaces no solo de descontaminar los gases NOx, sino también de hacerlo durante casi dos horas en ausencia de luz. Gracias a unas nanopartículas de grafeno, el sistema HDL es capaz de almacenar energía química mientras descontamina los gases NOx con la luz del día y así, al llegar la noche, liberar esa energía almacenada para continuar eliminando gases NOx en la oscuridad y realizar una actividad post-fotocatalítica.

Esto supone una gran ventaja puesto que los niveles más altos de NOx se producen de 6 a 12 de la mañana y de 8 a 9 de la noche, momentos en que las personas inician y acaban sus jornadas de trabajo y, por tanto, usan el coche para desplazarse. Antes, el fotocatalizador no podía actuar en la oscuridad puesto que no tenía luz para iniciar las reacciones químicas de descontaminación. Ahora, la luz se aprovecha incluso en su ausencia.

Otra ventaja del sistema desarrollado es que trabaja con luz visible, lo cual es útil para las zonas oscuras de las ciudades (sombras de edificios, calles estrechas, condiciones climáticas sombrías, etc.) donde la luz ultravioleta no llega y donde el dióxido de titanio (TiO2), compuesto que tradicionalmente se ha utilizado en materiales de construcción para realizar la fotocatálisis y que solo trabaja con la luz ultravioleta, no puede funcionar.
La capacidad de los sistemas HDL de descontaminar en la oscuridad y de poder hacerlo con la luz visible permite que se puedan utilizar no solo para eliminar los gases NOx, sino también para descontaminar aguas, interiores o eliminar malos olores. Además, en la oscuridad el sistema tiene la misma eficiencia y dura lo mismo independientemente del tiempo de luz que antes haya recibido. Es decir, si recibe luz tres horas o 5 minutos, la fotocatálisis en ausencia de luz siempre dura casi dos horas, lo que supone un ahorro energético.

Así, la investigación, que se ha realizado a escala de laboratorio en el marco del proyecto nacional de investigación PID2020-117516GB-I00 y publicado en la revista Applied Catalysis B: Environmental, presenta los sistemas HDL como materiales de bajo coste y elevada eficiencia para eliminar los gases NOx.

Referencia bibliográfica:

Javier Fragoso, Adrian Pastor, Manuel Cruz-Yusta, Francisco Martin, Gustavo de Miguel, Ivana Pavlovic, Mercedes Sanchez, Luis Sanchez. Graphene quantum dots/NiTi layered double hydroxide heterojunction as a highly efficient De-NOx photocatalyst with long persistent post-illumination action. Applied Catalysis B: Environmental 322 (2023) 122115. (doi: 10.1016/j.apcatb.2022.122115)