p O Sol pode ser um químico melhor, graças a matrizes de nanobastões de óxido de zinco cultivadas em um substrato de grafeno e "decoradas" com pontos de sulfeto de cádmio. Na presença de radiação solar, esta combinação de estruturas semicondutoras zero e unidimensionais com grafeno bidimensional é um grande catalisador para muitas reações químicas. O material fotocatalítico inovador foi desenvolvido por um grupo de cientistas do Instituto de Físico-Química da Academia Polonesa de Ciências de Varsóvia e da Universidade de Fuzhou na China. p É uma floresta estranha. Simples, troncos uniformemente distribuídos crescem de uma superfície plana, subindo longos nanômetros até onde coroas de semicondutores capturam avidamente cada raio de sol. Essa é a visão vista através de um microscópio do novo material fotocatalítico, desenvolvido por cientistas do Instituto de Físico-Química da Academia Polonesa de Ciências (IPC PAS) em Varsóvia, Polônia, e Laboratório Estadual de Fotocatálise em Energia e Meio Ambiente, Faculdade de Química da Universidade de Fuzhou, China. O novo material 3D foi projetado para que durante o processamento da energia solar a melhor colaboração seja alcançada entre os pontos de sulfeto de cádmio (as chamadas estruturas de dimensão zero), os nanobastões de óxido de zinco (estruturas 1D), e grafeno (estruturas 2D).

p Os métodos de conversão da energia da luz que chega à Terra a partir do Sol podem ser divididos em dois grupos. No grupo fotovoltaico, fótons são usados ​​para a geração direta de energia elétrica. A abordagem fotocatalítica é diferente:aqui a radiação, visível e ultravioleta, é usado para ativar compostos químicos e realizar reações que armazenam energia solar. Desta forma, é possível, e. reduzir CO2 a metanol, sintetizar combustível ou produzir intermediários orgânicos valiosos para a indústria química ou farmacêutica.

p O princípio de funcionamento do novo, fotocatalisador tridimensional, desenvolvido pelo grupo do IPC PAS e da Universidade de Fuzhou, é simples. Quando um fóton com a energia apropriada cai sobre o semicondutor - óxido de zinco ZnO ou sulfeto de cádmio CdS - um par elétron-buraco se forma. Em circunstâncias normais, ele se recombinaria quase imediatamente e a energia solar seria perdida. Contudo, no novo material, os elétrons - liberados em ambos os semicondutores como resultado da interação com os fótons - fluem rapidamente ao longo dos nanobastões para a base de grafeno, que é um excelente condutor. A recombinação não pode ocorrer e os elétrons podem ser usados ​​para criar novas ligações químicas e, assim, sintetizar novos compostos. A reação química real ocorre na superfície do grafeno, previamente revestido com os compostos orgânicos a serem processados.

p O óxido de zinco reage apenas com a radiação ultravioleta, dos quais existe apenas uma pequena porcentagem na luz solar. Portanto, pesquisadores do IPC PAS e da Universidade de Fuzhou também cobriram as florestas de nanobastões com sulfeto de cádmio. Isso reage principalmente com a luz visível, dos quais há aprox. 10 vezes mais que o ultravioleta - e este é o principal fornecedor de elétrons para as reações químicas.

p “Nosso material fotocatalítico opera com alto rendimento. Normalmente o adicionamos aos compostos que estão sendo processados ​​em uma proporção de cerca de 1:10. Após a exposição à radiação solar em não mais de meia hora, processamos 80% e às vezes até mais de 90 % dos substratos, "enfatiza o Prof. Yi-Jun Xu (FRSC) da Universidade de Fuzhou, onde a maioria dos experimentos foram realizados pela equipe de pesquisa liderada por ele.

p “A grande vantagem do nosso fotocatalisador é a facilidade de sua produção, "por sua vez, observa o Prof. Juan Carlos Colmenares do IPC PAS." O grafeno adequado para aplicações em fotoquímica está agora disponível sem maiores problemas e não é caro. Por sua vez, o processo inventado por nós de revestimento de grafeno com plantações de nanobastões de óxido de zinco, no qual, subsequentemente, depositamos sulfeto de cádmio, é rápido, eficiente, ocorre a uma temperatura ligeiramente superior à temperatura ambiente, na pressão normal, e não requer substratos sofisticados. "

p Para aplicação em uma escala mais ampla, é importante que o novo fotocatalisador seja consumido lentamente. Os experimentos realizados até o momento mostram que somente após o sexto-sétimo uso ocorre uma ligeira diminuição de cerca de 10% no rendimento da reação.

p Habilmente usado, o novo fotocatalisador 3D pode alterar significativamente o curso das reações químicas. Seu uso, por exemplo. na indústria farmacêutica, poderia reduzir o número de estágios de produção de certos compostos farmacológicos de uma dúzia para apenas alguns.