p O consumo médio global de energia de combustíveis para transporte é atualmente de vários terawatts (1 terawatt =10 ¹² Joule) por segundo. Uma grande lacuna científica para o desenvolvimento de uma tecnologia de combustíveis solares que pudesse substituir os recursos fósseis por renováveis ​​é a escalabilidade em um nível de terawatts sem precedentes. Na verdade, a única tecnologia existente para fazer compostos químicos na escala do terawatt é a fotossíntese natural. p As duas reações necessárias para completar o ciclo fotossintético - redução de CO2 e oxidação de H2O - ocorrem em ambientes incompatíveis, então eles têm que estar fisicamente separados por uma barreira. Mas, para que o processo seja eficiente, a distância entre os dois deve ser a mais curta possível - na escala nanométrica. Os sistemas fotossintéticos naturais realizam isso muito bem, mas apresenta um desafio de engenharia para a fabricação de fotossistemas artificiais com base neste projeto, explicou Heinz Frei, um cientista sênior na Divisão de Biofísica Molecular e Bioimagem Integrada (MBIB) de Biociências.

p Frei colaborou com Eran Edri, um ex-pós-doutorado no MBIB agora na Ben-Gurion University, e Shaul Aloni na Fundição Molecular, um DOE Office of Science User Facility. Eles desenvolveram um método de fabricação para fazer um fotossistema artificial do tamanho de uma polegada quadrada, na forma de uma matriz de nanotubos de núcleo-casca inorgânica, que implementa este princípio de design pela primeira vez. "Essa conquista é possível graças à sinergia única da biofísica, químico, e experiência em nanomateriais do MBIB, contribuindo assim para os avanços científicos da Divisão no sentido de resolver um grande desafio nacional em energia, "Frei disse.

p O método, descrito em um artigo publicado no início deste ano em ACS Nano , emprega uma matriz de haste de silício como um modelo em combinação com deposição de camada atômica e técnicas de crio-corrosão para fornecer controle das escalas de comprimento características dos componentes ao longo de oito ordens de magnitude. Embora a matriz seja fabricada em macroescala, o diâmetro dos tubos individuais é de algumas centenas de nanômetros e a espessura da parede de algumas dezenas de nanômetros.

p As superfícies internas dos nanotubos de óxido de cobalto fornecem o sítio catalítico para a oxidação de H2O, que são separados do absorvedor de luz e dos locais de redução de CO2 no exterior por uma camada de sílica ultrafina de fase densa. Este último atua como um condutor de prótons, Membrana impermeável ao O2. Um pouco surpreendente foi a descoberta de que, apesar das condições de síntese aparentemente incompatíveis, foi realmente possível montar uma construção em nanoescala à base de óxido sólido com fios moleculares orgânicos "macios" incorporados para a condução de elétrons e terminar com todos os componentes intactos, Frei observou.

p A matriz de nanotubos fornece uma base para o desenvolvimento de sistemas de combustíveis solares projetados escalonáveis ​​adequados para implantação em abundância, terras não aráveis.