Espuma de diamante dopada. Crédito:P. Knittel / Fraunhofer IAF
A mudança climática está em pleno andamento e continuará inabalável enquanto o CO 2 as emissões continuam. Uma solução possível é retornar CO 2 para o ciclo de energia:CO 2 pode ser processado com água em metanol, um combustível que pode ser facilmente transportado e armazenado. Contudo, a reação, que é uma reminiscência de um processo parcial de fotossíntese, requer energia e catalisadores. Desenvolvendo fotocatalisadores ativos de luz abundantes, materiais facilmente obtidos permitiriam o verde, combustíveis solares neutros para o clima.
Um candidato para tais fotocatalisadores são os chamados nanomateriais de diamante - estes incluem espumas de carbono nanoestruturadas com uma grande área de superfície, e minúsculos nanocristais de alguns milhares de átomos de carbono que são solúveis em água e parecem uma pasta negra. Para que esses materiais se tornem cataliticamente ativos, Contudo, eles requerem excitação de luz ultravioleta. Apenas essa faixa espectral de luz solar é rica o suficiente em energia para transportar elétrons do material para um estado livre. Só então os elétrons solvatados podem ser emitidos na água e reagir com o CO dissolvido 2 para formar metanol.
Contudo, o componente UV no espectro solar não é muito alto. Fotocatalisadores que também poderiam usar o espectro visível da luz solar seriam ideais. É aqui que entra o trabalho do cientista do HZB Tristan Petit e seus parceiros de cooperação no DIACAT:A modelagem dos níveis de energia em tais materiais mostra que estágios intermediários podem ser construídos no gap por dopagem com átomos estrangeiros. Boro, um elemento trivalente, parece ser particularmente importante.
Petit e sua equipe, portanto, investigaram amostras de diamantes policristalinos, espumas de diamante e nanodiamantes. Estas amostras foram previamente sintetizadas nos grupos de Anke Krüger em Würzburg e Christoph Nebel em Freiburg. Em BESSY II. Os pesquisadores usaram a espectroscopia de absorção de raios-X para medir os estados de energia desocupada onde os elétrons poderiam ser excitados pela luz visível. "Os átomos de boro presentes perto da superfície desses nanodiamantes realmente levam aos estágios intermediários desejados no gap, "explica a estudante de doutorado Sneha Choudhury, primeiro autor do estudo. Esses estágios intermediários são normalmente muito próximos das bandas de valência, e, portanto, não permitem o uso eficaz da luz visível. Contudo, as medições mostram que isso também depende da estrutura dos nanomateriais.
"Podemos introduzir e possivelmente controlar essas etapas adicionais no bandgap do diamante, modificando especificamente a morfologia e o doping, "diz Tristan Petit. A dopagem com fósforo ou nitrogênio também pode oferecer novas oportunidades.
