Propiedades Fotoelectroquímicas de soluciones Agua – Melanina Luis Emilio Rendón Díaz Mirón Subcoordinación de Obras y Equipos Instituto Mexicano de Tecnología del Agua Arturo Solís Herrera, Fabián De La Serna Centro de Estudios de la Fotosíntesis en Humanos. S.C., Aguascalientes, Ags., México.

Biocombustibles “alcohol” Estrategia para la conversión de la energía solar conversión Fototérmica Celda Fotoelectroquímica Biocombustibles “alcohol” Celda Fotovoltaica

La idea consiste en elaborar una celda fotoelectroquímica Recipientes para las celdas

Se uso una solución de agua-melanina, electrodos de cobre y aluminio y… Helo aquí: una celda fotoelectroquímica: ← Corriente 4.83 mA Voltaje 2.9 volts →

El equivalente a un panel de celdas fotoelectroquímicas

Las celdas funcionan

“Gatos blancos con ojos azules son usualmente sordos” Que es – La Melanina Las melaninas son macromoléculas biológicas encontradas en toda la biosfera Hay varios tipos de melaninas: Eumelaninas (pelo negro) Feomelanina (pelo castaño o pelirrojo) Neuromelaninas (base del cerebro) En los humanos la forma predominante es la eumelanina (y en menor cantidad la feomelanina) Piel, pelo y ojos –fotoprotector y pigmento– Base del cerebro, oído interno “Gatos blancos con ojos azules son usualmente sordos” (Charles Darwin)

– Propiedades de la Melanina – De color intenso – Alto coeficiente de extinción en el UV y la luz visible (absorbente extremadamente eficiente en el UV) Anti-oxidante y colector de radicales libres Existe un fuerte acoplamiento entre los estados electrónicamente excitados y los modos fononicos (por eso desactiva la radiación dañina)

Síntesis de melanina eumelanina tyrosina dopa dopaquinona DHI dopachrome leucadopachrome DHICA eumelanina

La Melanina se polimeriza como: polímero extendido La Melanina se polimeriza como: oligomero nano-agregado

Estructura Física - electrónica A nivel molecular, la conductividad eléctrica es consistente con el modelo del polímetro “conjugado” : alto grado de conjugación (alternando ligaduras dobles y sencillas) la molécula esta formada por un esqueleto rígido de ligaduras que se traslapan formando orbitales híbridos sp2 para dar ligaduras gigantes s Permaneciendo fuera del plano los orbitales pz de los átomos de carbón vecinos (o N) también se traslapan para dar las ligaduras p Los electrones constituyentes de las ligaduras p están deslocalizados sobre toda la molécula Los orbitales moleculares asociados con las ligaduras p pueden ser orbitales de enlace (p) o anti-enlace (p*) “la absorción” esta asociada con la transición HOMO a LUMO (highest occupied molecular orbital y lowest unoccupied molecular orbital) s plane p/p* p/p* Overlapping pz forming p and p* molecular orbitals pz plane El orbital anti unión tiene mayor energía = Ec El orbital de unión tiene menor energía = Ev

Estructura Física - electrónica A nivel mesoscopico, la melanina sintética se comporta como un semiconductor amorfo: Ancho de banda pequeña consistente con el ancho de banda UV; El nivel de Fermi esta densamente poblado; Consistentemente con las observaciones a nivel mesoscopico el material – no es cristalino EF EV EC E N(E) 1.40eV 0.78eV 0.2eV {A partir de medidas de conductividad DC}

Como trabaja la celda Realmente lo que logramos fue descubrir: la inesperada capacidad de la melanina para disociar la molécula de agua

Publicado en Nature

Expectativa para las celdas fotoelectroquímicas

Resumen & Conclusiones Las aplicaciones fotoelectroquímicas de la melanina han despertado fuerte interés en la comunidad científica; Puede llegar a ser una fuente importante de energía; Es una aplicación particularmente útil para países en desarrollo; Celdas de muy bajo costo; Mecanismo similar a las celdas fotovoltaicas, sin embargo, de manufactura mas sencilla.

GRACIAS Se necesitan tiempos tormentosos para liberar al “gato encerrado” en esto de la energía sustentable