Com o esgotamento contínuo dos combustíveis fósseis, o aumento dos gases de efeito estufa, a questão de como limpar, energia segura e acessível continua sendo uma preocupação crítica.

Após o trabalho seminal do ganhador do Prêmio Nobel Jean-Marie Lehn e outros na década de 1980, fotocatalisadores - materiais que convertem luz em energia - têm sido cada vez mais explorados como uma forma eficiente de quebrar o dióxido de carbono (CO2) em útil, moléculas de alta energia. Em comparação com as abordagens convencionais, como catálise térmica, por exemplo, os fotocatalisadores têm a vantagem de não exigir procedimentos caros, como altas temperaturas e pressões.

Agora, uma equipe de pesquisa liderada por Kazuhiko Maeda na Tokyo Tech desenvolveu um novo nanomaterial capaz de reduzir CO2 com uma seletividade (Term.a) de 99% e um número de rotatividade (Term.b) de mais de 2.000, superando os métodos existentes.

Esses resultados são os mais altos registrados sob luz visível e na água, trazendo a equipe de Maeda um passo mais perto do objetivo da fotossíntese artificial - o projeto de sistemas que reproduzem o processo natural de uso da luz solar, água e CO2 para a produção de energia sustentável.

O novo material, relatado em Angewandte Chemie , consiste em nanofolhas de nitreto de carbono de alta área de superfície combinadas com uma estrutura metálica conhecida como complexo binuclear de rutênio (II) (RuRu '). Embora diferentes tipos de complexos metálicos sejam conhecidos por promover a redução de CO2, Maeda diz que RuRu 'é atualmente "o de melhor desempenho", mas precisa ser substituído por equivalentes livres de metais preciosos no futuro.

O que torna o material único é a extensão em que o RuRu 'se liga à superfície da nanofolha. A ligação forte melhora a transferência de elétrons, o que, por sua vez, melhora a redução de CO2. No estudo, até 70% do RuRu 'foi encontrado anexado às nanofolhas - uma figura sem precedentes, Maeda explica, dado que a superfície de nitreto de carbono é considerada quimicamente inerte. "Esta foi uma grande surpresa em nossa comunidade de pesquisa, " ele diz.

Também, para otimizar o desempenho, A equipe de Maeda modificou as nanofolhas com prata, que desempenha um papel importante na melhoria da eficiência de captura e transferência de elétrons.

A pesquisa abre novas possibilidades para fotocatalisadores à base de nitreto de carbono, como eles funcionam não só na água, mas também em vários solventes orgânicos, que podem ser transformados em produtos químicos de valor agregado, como aldeídos na indústria química.

"Até muito recentemente, parecia impossível alcançar a redução de CO2 sob luz visível em solução aquosa com alta eficiência, "diz Maeda." Nosso novo resultado demonstra claramente que isso é realmente possível, mesmo usando um material à base de nitreto de carbono de baixo custo. "

Um dos próximos desafios para a equipe de Maeda é projetar fotocatalisadores consistindo de metais abundantes na terra, como ferro e cobre, no lugar do raro metal rutênio.