Propiedades Fotoelectroquímicas de soluciones Agua – Melanina Luis Emilio Rendón Díaz Mirón...
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Propiedades Fotoelectroquímicas Propiedades Fotoelectroquímicas de soluciones Agua – Melaninade soluciones Agua – Melanina
Luis Emilio Rendón Díaz MirónLuis Emilio Rendón Díaz Mirón
Subcoordinación de Obras y EquiposSubcoordinación de Obras y EquiposInstituto Mexicano de Tecnología del AguaInstituto Mexicano de Tecnología del Agua
Arturo Solís Herrera, Fabián De La SernaArturo Solís Herrera, Fabián De La Serna
Centro de Estudios de la Fotosíntesis en Humanos. Centro de Estudios de la Fotosíntesis en Humanos. S.C., Aguascalientes, Ags., México.S.C., Aguascalientes, Ags., México.
BiocombustiblesBiocombustibles“alcohol”“alcohol”
Celda FotovoltaicaCelda Fotovoltaica
Celda FotoelectroquímicaCelda Fotoelectroquímica
Estrategia para la conversión de la energía solarEstrategia para la conversión de la energía solar
conversión conversión FototérmicaFototérmica
La idea consiste en elaborar una celda La idea consiste en elaborar una celda fotoelectroquímicafotoelectroquímica
Recipientes para las celdasRecipientes para las celdas
Se uso una solución de agua-melanina, electrodos de Se uso una solución de agua-melanina, electrodos de cobre y aluminio y…cobre y aluminio y…
Helo aquí: una celda fotoelectroquímica:Helo aquí: una celda fotoelectroquímica:
Voltaje 2.9 volts Voltaje 2.9 volts →→
←← Corriente 4.83 mACorriente 4.83 mA
El equivalente a un panel de celdas El equivalente a un panel de celdas fotoelectroquímicasfotoelectroquímicas
Las celdas funcionanLas celdas funcionan
Que es – La MelaninaQue es – La Melanina Las melaninas son macromoléculas biológicas encontradas en toda Las melaninas son macromoléculas biológicas encontradas en toda
la biosferala biosfera
Hay varios tipos de melaninas:Hay varios tipos de melaninas:• Eumelaninas Eumelaninas (pelo negro)(pelo negro)• Feomelanina Feomelanina (pelo castaño o pelirrojo)(pelo castaño o pelirrojo)• Neuromelaninas Neuromelaninas (base del cerebro)(base del cerebro)
En los humanos la forma predominante es la eumelanina En los humanos la forma predominante es la eumelanina
(y en menor cantidad la feomelanina)(y en menor cantidad la feomelanina)• Piel, pelo y ojos –fotoprotector y pigmento–Piel, pelo y ojos –fotoprotector y pigmento–• Base del cerebro, oído interno Base del cerebro, oído interno
“Gatos blancos con ojos azules son usualmente sordos”(Charles Darwin)
– – Propiedades de la Melanina –Propiedades de la Melanina – De color intenso – Alto coeficiente de extinción en el UV y la De color intenso – Alto coeficiente de extinción en el UV y la
luz visible (absorbente extremadamente eficiente en el UV)luz visible (absorbente extremadamente eficiente en el UV) Anti-oxidante y colector de radicales libresAnti-oxidante y colector de radicales libres
Existe un fuerte Existe un fuerte acoplamiento entre los acoplamiento entre los estados estados
electrónicamente electrónicamente excitados y los modosexcitados y los modos fononicos fononicos
(por eso desactiva la (por eso desactiva la radiación dañinaradiación dañina))
Síntesis de melaninaSíntesis de melanina
OHNH2
COOH
OH
OH
NH2
COOH COOH
NH2
O
O
NHOH
OH
COOH
O
COOH
NOHNHOH
OH
NHOH
OH
COOHeumelanina
tyrosina dopa dopaquinona
leucadopachromedopachromeDHI
DHICA
polímero extendidopolímero extendido
oligomero oligomero nano-agregadonano-agregado
La Melanina se polimeriza La Melanina se polimeriza como:como:
Estructura Física - electrónicaEstructura Física - electrónica A nivel molecular, la conductividad A nivel molecular, la conductividad
eléctrica es consistente con el modelo eléctrica es consistente con el modelo del polímetro “conjugado” :del polímetro “conjugado” :• alto grado de conjugación alto grado de conjugación
(alternando ligaduras dobles y (alternando ligaduras dobles y sencillas)sencillas)
• la molécula esta formada por un la molécula esta formada por un esqueleto rígido de ligaduras que se esqueleto rígido de ligaduras que se traslapan formando orbitales traslapan formando orbitales híbridos sphíbridos sp22 para dar ligaduras para dar ligaduras gigantes gigantes
• Permaneciendo fuera del plano los Permaneciendo fuera del plano los orbitales porbitales pzz de los átomos de carbón de los átomos de carbón vecinos (o N) también se traslapan vecinos (o N) también se traslapan para dar las ligaduras para dar las ligaduras
• Los electrones constituyentes de las Los electrones constituyentes de las ligaduras ligaduras están deslocalizados están deslocalizados sobre toda la moléculasobre toda la molécula
• Los orbitales moleculares asociados Los orbitales moleculares asociados con las ligaduras con las ligaduras pueden ser pueden ser orbitales de enlace (orbitales de enlace () o anti-enlace ) o anti-enlace ((*)*)
• ““la absorción” esta asociada con la la absorción” esta asociada con la transición HOMO a LUMOtransición HOMO a LUMO ( (highest occupied highest occupied
molecular orbital y lowest unoccupied molecular orbitalmolecular orbital y lowest unoccupied molecular orbital))
plane
pz planeOverlapping pz
forming and *molecular orbitals
El orbital anti unión tiene mayor energía = Ec
El orbital de unión tiene menor energía = Ev
Estructura Física - electrónicaEstructura Física - electrónica
• A nivel mesoscopico, la A nivel mesoscopico, la melanina sintética se melanina sintética se comporta como un comporta como un semiconductor amorfo:semiconductor amorfo:
• Ancho de banda pequeña Ancho de banda pequeña consistente con el ancho consistente con el ancho de banda UV;de banda UV;
• El nivel de Fermi esta El nivel de Fermi esta densamente poblado;densamente poblado;
• Consistentemente con las Consistentemente con las observaciones a nivel observaciones a nivel mesoscopico el material – mesoscopico el material – no es cristalinono es cristalino
EF
EV
EC
E
N(E)
1.40eV
0.78eV
0.2eV
{A partir de medidas de conductividad DC}
Como trabaja la celdaComo trabaja la celda
Realmente lo que logramos Realmente lo que logramos fue descubrir:fue descubrir:
la inesperada capacidad la inesperada capacidad de la melanina para de la melanina para
disociar la molécula de disociar la molécula de aguaagua
Publicado en NaturePublicado en Nature
Expectativa para las celdas Expectativa para las celdas fotoelectroquímicasfotoelectroquímicas
Resumen & ConclusionesResumen & Conclusiones Las aplicaciones fotoelectroquímicas de la melanina Las aplicaciones fotoelectroquímicas de la melanina
han despertado fuerte interés en la comunidad han despertado fuerte interés en la comunidad científica;científica;
Puede llegar a ser una fuente importante de energía;Puede llegar a ser una fuente importante de energía;
Es una aplicación particularmente útil para países en Es una aplicación particularmente útil para países en desarrollo;desarrollo;
Celdas de muy bajo costo;Celdas de muy bajo costo;
Mecanismo similar a las celdas fotovoltaicas, sin Mecanismo similar a las celdas fotovoltaicas, sin embargo, de manufactura mas sencilla.embargo, de manufactura mas sencilla.
GRACIASGRACIAS
Se necesitan tiempos tormentosos Se necesitan tiempos tormentosos para liberar al “gato encerrado” en para liberar al “gato encerrado” en
esto de la energía sustentableesto de la energía sustentable