A era dos combustíveis fósseis está fadada ao fim, por várias razões fortes. Como alternativa aos combustíveis fósseis, o hidrogênio parece muito atraente. O gás tem uma enorme densidade de energia, pode ser armazenado ou processado posteriormente, e. g. ao metano, ou fornecer eletricidade limpa diretamente por meio de uma célula de combustível. Se for produzido usando apenas a luz do sol, o hidrogênio é completamente renovável com zero emissões de carbono.

Folhas artificiais

Semelhante a um processo na fotossíntese natural, a luz solar também pode ser usada em "folhas artificiais" para dividir a água em oxigênio e hidrogênio. As folhas artificiais combinam materiais semicondutores fotoativos e podem atingir eficiências além de 15%. Contudo, essas eficiências de registro foram obtidas usando sistemas caros, que também tendem a se decompor em soluções aquosas. Para uma comercialização bem-sucedida, os custos precisam diminuir e a estabilidade precisa aumentar.

Bons candidatos com uma desvantagem

Semicondutores de óxido metálico complexo são bons candidatos para folhas artificiais, uma vez que são relativamente baratos e estáveis ​​em soluções aquosas. Cientistas do HZB-Institute for Solar Fuels concentram suas pesquisas nesses materiais. Até agora, fotoeletrodos baseados em óxidos de metal mostraram eficiências moderadas (apenas <8%). Um dos motivos é a fraca mobilidade do portador de carga (elétron e / ou buraco), que é até 100.000 vezes menor do que em semicondutores clássicos, como arsenieto de gálio ou silício. "O que é pior é o fato de que os portadores de carga em óxidos de metal costumam ter uma vida útil realmente curta de nanossegundos ou mesmo picossegundos. Muitos deles desaparecem antes de poderem contribuir para a divisão da água", Dra. Fatwa Abdi, especialista do HZB-Institute for Solar Fuels aponta.

Tratamento térmico com hidrogênio

Uma opção para superar essa limitação é um tratamento térmico sob atmosfera de hidrogênio das camadas de óxido metálico após a deposição. Fatwa Abdi e seus colegas agora investigaram como este tratamento influencia a longevidade, propriedades de transporte e defeitos em um dos fotoeletrodos de óxido de metal mais promissores, vanadato de bismuto (BiVO4).

A expectativa de vida dos portadores de carga dobrou

As medições de condutividade resolvidas no tempo revelaram que os elétrons e lacunas vivem mais do que o dobro do tempo na maior parte do BiVO4 tratado com hidrogênio em comparação com o BiVO4 prístino. Como resultado, a fotocorrente geral sob a luz solar é amplamente melhorada. Outras medições em Dresden e cálculos teóricos por colegas KAUST na Arábia Saudita forneceram evidências de que a presença de hidrogênio no óxido de metal reduz ou desativa defeitos pontuais na maior parte do BiVO4. "Nossos resultados mostram que o tratamento com hidrogênio leva a menos armadilhas para os portadores de carga e menos oportunidades de se recombinar ou se perder. Portanto, mais portadores de carga sobrevivem por mais tempo e podem contribuir para a divisão da água", Abdi explica.