Os químicos da NUS desenvolveram estruturas orgânicas covalentes conjugadas com carbono para a produção catalítica de gás hidrogênio a partir da água através da luz visível.

O gás hidrogênio está se tornando importante como meio de armazenamento para aplicações de energia sustentável. O uso da luz solar, uma fonte de energia renovável e sustentável para decompor a água em gás hidrogênio está atraindo um interesse científico significativo. Contudo, esta conversão de água em gás hidrogênio não ocorre espontaneamente. Requer um sistema complexo que envolve um fluxo de elétrons livres gerados pela fonte de luz que atua como uma corrente elétrica para dividir a molécula de água.

A equipe de pesquisa liderada pelo Prof JIANG Donglin do Departamento de Química, A NUS desenvolveu uma nova classe de fotocatalisadores usando estruturas orgânicas covalentes conjugadas com carbono (COF) para a produção de gás hidrogênio a partir da água usando energia solar. A equipe de pesquisa construiu um material orgânico, porém robusto, no qual os blocos de construção à base de carbono são conectados por ligações específicas de uma maneira ordenada topologicamente pré-projetada. Essa estrutura molecular única se parece com camadas empilhadas de redes bidimensionais e é capaz de coletar a luz do sol com eficiência. Os pesquisadores inseriram nanopartículas de platina como centros de reação no COF e sob irradiação de luz visível (≥ 420 nm), gás hidrogênio foi gerado a uma taxa constante de 1, 360 μmol h-1g-1 ao longo de um período de cinco horas.

O fotocatalisador recém-desenvolvido possui vários mecanismos moleculares que permitem a produção de gás hidrogênio a partir da água de maneira eficiente. Consiste em estruturas de carbono sp2 que são conjugadas com π com bandgaps de baixa energia. Isso permite a absorção de luz do espectro visível para o infravermelho próximo. Os pesquisadores também projetaram a periferia (posição da borda externa) da estrutura bidimensional em camadas com unidades deficientes de elétrons para controlar sinteticamente as propriedades eletrônicas e fotoelétricas do fotocatalisador. Além disso, como a estrutura tem matrizes π colunares densas e ordenadas, estes fornecem caminhos para facilitar a migração de excitons (um exciton é um estado ligado de um par elétron-buraco) e transporte de carga.

Prof Jiang disse, "Nanopartículas como a platina podem ser carregadas nos poros ou na superfície do fotocatalisador para atuar como centros de reação. Isso encurta a distância de transferência de elétrons e promove o acúmulo de elétrons, melhorando o desempenho de conversão. "

“Prevemos que este trabalho pode oferecer a base estrutural e mecanística para a produção escalável e sustentável de combustível a partir da água e da luz solar, "acrescentou o Prof Jiang.