Fotoánodos basados en TiO2 y α-Fe2O3 para la división solar del agua: papel superior de nanoarquitecturas 1D y de estructuras heterogéneas combinadas

La división fotoelectroquímica del agua (PEC-WS) impulsada por energía solar, utilizando fotoelectrodos semiconductores, representa un enfoque prometedor para una producción sostenible y amigable con el medio ambiente de vectores de energía renovable y fuentes de combustible, como el dihidrógeno (H2). En este contexto, el dióxido de titanio (TiO2) y el óxido de hierro (hematita, α-Fe2O3) están entre los candidatos más investigados como materiales de fotoánodo, principalmente debido a su resistencia a la fotocorrosión, no toxicidad, abundancia natural y bajo costo de producción. Sin embargo, las principales desventajas son una conductividad eléctrica inherentemente baja y una longitud de difusión de huecos limitada que afectan significativamente el rendimiento de TiO2 y α-Fe2O3 en dispositivos PEC. Al respecto, la nanoestructuración unidimensional (1D) se aplica típicamente ya que proporciona varias características superiores, como una expansión significativa del área de superficie del material, un contacto extendido entre el semiconductor y el electrolito y, lo más notable, un transporte eléctrico preferencial que suprime en general la recombinación de portadores de carga y mejora las propiedades fotoelectrocatalíticas de TiO2 y α-Fe2O3. La presente revisión describe varios métodos sintéticos y conceptos de modificación de fotoánodos 1D (nanotubos, nanorods, nanofibras, nanocables) basados en titania, hematita y en heteroestructuras α-Fe2O3/TiO2, para aplicaciones PEC. Se discuten varias rutas hacia la modificación y mejora de la actividad PEC de los fotoánodos 1D, incluyendo dopaje, decoración con co-catalizadores y ingeniería de heterouniones. Finalmente, se destacan los desafíos relacionados con la optimización de la cinética de transferencia de carga en ambos óxidos.