Em busca de novas soluções para colher e armazenar energia solar com mais eficiência, cientistas dos EUA e da China sintetizaram um novo, catalisador de átomo duplo para servir de plataforma para fotossíntese artificial, a equipe relatou hoje no Proceedings of the National Academy of Sciences .

A equipe desenvolveu um catalisador de irídio com apenas dois centros de metal ativos. Mais significativamente, experimentos revelaram que o catalisador é uma estrutura bem definida, capaz de servir como uma plataforma produtiva para pesquisas futuras em síntese de combustível solar.

“Nossa pesquisa diz respeito à tecnologia de armazenamento direto de energia solar, "disse o Professor Associado de Química do Boston College, Dunwei Wang, um dos principais autores do relatório. "Ele aborda o desafio crítico de que a energia solar é intermitente. Faz isso captando diretamente a energia solar e armazenando a energia em ligações químicas, semelhante à forma como a fotossíntese é realizada, mas com maior eficiência e menor custo. "

Os pesquisadores passaram um tempo considerável em catalisadores de átomo único (SACs) e raramente exploraram um "catalisador atomicamente disperso" com dois átomos. Em um artigo intitulado "Catalisadores heterogêneos dinucleares de irídio estáveis ​​suportados em substrato de óxido de metal para oxidação solar de água, "a equipe relata a síntese de um catalisador heterogêneo dinuclear de irídio de uma maneira fotoquímica fácil. O catalisador mostra excelente estabilidade e alta atividade em relação à oxidação da água, um processo essencial na fotossíntese natural e artificial.

Os pesquisadores focados neste aspecto da catálise encontram desafios específicos no desenvolvimento de catalisadores heterogêneos, que são amplamente utilizados em transformações químicas industriais em grande escala. A maioria dos catalisadores heterogêneos ativos são frequentemente mal definidos em suas estruturas atômicas, o que torna difícil avaliar os mecanismos detalhados no nível molecular.

A equipe conseguiu tirar proveito de novas técnicas na avaliação de catalisadores de um único átomo e desenvolver uma plataforma de material para estudar reações importantes e complexas que exigiriam mais de um sítio ativo.

Wang disse que a equipe de pesquisadores decidiu determinar "qual poderia ser a menor unidade catalisadora heterogênea ativa e mais durável para a oxidação da água. Anteriormente, pesquisadores fizeram esta pergunta e encontraram a resposta apenas em catalisadores homogêneos, cuja durabilidade era pobre. Pela primeira vez, temos um vislumbre do potencial de catalisadores heterogêneos na produção e armazenamento de energia limpa. "

A equipe também realizou experimentos de raios-X na fonte de luz avançada do Lawrence Berkeley National Laboratory que ajudou a determinar a estrutura do catalisador de irídio. Eles usaram duas técnicas:Estrutura fina de absorção de raios-X (EXAFS) e Estrutura de absorção de raios-X próxima à borda (XANES) em suas medições. Esses experimentos fornecem evidências críticas para entender melhor o novo catalisador.

Wang disse que a equipe ficou surpresa com a simplicidade e durabilidade do catalisador, combinado com a alta atividade em direção à reação desejada de oxidação da água.

Wang disse que os próximos passos da pesquisa incluem uma maior otimização do catalisador para uso prático e um exame das áreas onde o catalisador pode ser aplicado a novas transformações químicas.