O gás hidrogênio é um combustível "verde" promissor. O elemento químico mais leve, o hidrogênio é um armazenamento de energia eficiente e pode substituir a gasolina nos veículos. Contudo, o elemento não existe em grandes quantidades na natureza, e deve ser produzido artificialmente.

O hidrogênio pode ser produzido pela divisão da água (H2O) em hidrogênio (H2) e oxigênio (O2). Existem muitas maneiras de fazer isso, mas entre as mais limpas - portanto, a mais atraente - está o uso de células solares. Esses dispositivos capturam a energia da luz solar para impulsionar a reação de divisão da água.

A luz solar vem em um espectro, com cada cor tendo um comprimento de onda diferente. As células solares devem absorver a luz de determinados comprimentos de onda, dependendo de quanta energia a célula precisa para conduzir a reação. Quanto mais do espectro ele captura, quanto mais hidrogênio ele produz. Infelizmente, a maioria das células absorve apenas comprimentos de onda mais curtos de luz, correspondendo à região de maior energia da luz visível abaixo do domínio da luz vermelha. Isso significa que embora cores como luz azul e verde possam ser usadas, o resto é desperdiçado.

Agora, pesquisadores da Universidade de Kyushu no Japão e seu Instituto de Pesquisa de Energia Neutra em Carbono (I2CNER) têm potencialmente resolvido esse problema. Eles inventaram um dispositivo acionado por luz infravermelha próxima (NIR) - a parte do espectro, invisível a olho nu, com comprimentos de onda mais longos do que a luz vermelha visível. Assim, eles permitiram um espectro mais amplo de luz, incluindo UV, visível, e NIR, para ser colhido. Seu projeto explora habilmente a química do rutênio, um metal pesado relacionado ao ferro. A conquista deles foi relatada em Angewandte Chemie International Edition .

Determinados materiais híbridos de metal-orgânico são bons na captura de luz, o que ajuda seus elétrons a "pularem" em orbitais nas partes orgânicas dos materiais fixados ao centro metálico. Em células solares, esta é a primeira etapa na produção de hidrogênio, uma vez que os elétrons são os motores da química. Contudo, o salto entre os orbitais é geralmente tão grande que apenas o UV e a região de maior energia da luz visível têm energia suficiente para estimulá-lo. Vermelho, NIR, e ainda mais luz infravermelha é simplesmente refletida de volta ou passa através dos dispositivos, e sua energia permanece sem uso.

O design Kyushu é diferente. "Introduzimos novos orbitais de elétrons nos átomos de rutênio, "O autor correspondente do estudo, o professor Ken Sakai, explica." É como adicionar degraus a uma escada - agora os elétrons no rutênio não precisam pular muito, para que possam usar energias de luz mais baixas, como vermelho e NIR. Isso quase dobra a quantidade de fótons de luz solar que podemos coletar. "

O truque é usar um composto orgânico - anéis hexagonais de carbono e nitrogênio - para ligar três átomos de metal em uma única molécula. Na verdade, isso não apenas cria esses novos "degraus" - daí a capacidade de usar luz vermelha e NIR - mas também torna a reação mais eficiente devido à expansão espacial da parte da molécula que capta a luz. Assim, a produção de hidrogênio é acelerada.

"São décadas de esforços em todo o mundo, mas finalmente conseguimos conduzir a redução de água para evoluir H2 usando NIR, "Diz Sakai." Esperamos que seja apenas o começo - quanto mais entendermos a química, melhor podemos projetar dispositivos para torná-los limpos, o armazenamento de energia à base de hidrogênio é uma realidade comercial. "