Em linha com as crescentes preocupações globais sobre o estado do nosso planeta, aperfeiçoar a tecnologia para geração de energia alternativa se tornou um tema quente entre os pesquisadores em todo o mundo. Entre as muitas técnicas que estão sendo investigadas para gerar energia limpa, a divisão da água é muito promissora. Em particular, água (H ₂ O) pode ser dividido para obter dihidrogênio (H ₂ ) usando energia solar; isso é conhecido como separação fotoeletroquímica da água. Dihidrogênio pode ser usado como combustível limpo para outras máquinas ou para gerar eletricidade, o que significa que melhorar nossas técnicas de separação de água é uma maneira garantida de reduzir nossas emissões de carbono e aliviar o aquecimento global.

Como funciona a divisão fotoeletroquímica da água? Resumidamente, como mostrado na Fig. 1, uma maneira de fazer isso é usar um certo tipo de material semicondutor, que é chamado de fotoanodo, e conecte-o a uma pequena fonte de voltagem e um fio de metal, que atua como o cátodo. Quando exposto à luz solar, a água é dividida em seus átomos constituintes nessas duas extremidades; os átomos constituintes se recombinam para formar o H útil ₂ e O ₂ como um subproduto. A etapa crucial aqui é encontrar estabilidade, materiais de alto desempenho para o fotoanodo porque a subetapa de oxidação, que envolve a formação de O ₂ , é o mais difícil.

Infelizmente, a maioria das pesquisas se concentrou em uma classe de fotoanodos chamados oxinitretos, que sofrem de instabilidade e se degradam com relativa rapidez porque são propensos a oxidar quando iluminados pela luz. Abordar esta questão, uma equipe de pesquisadores da Tokyo Tech liderada pelo Prof. Kazuhiko Maeda se concentrou em outro tipo de material de fotoanodo, um oxifluoreto com a fórmula química Pb ₂ Ti ₂ O _5,4 F _1,2 . Este composto não sofre auto-oxidação devido às suas propriedades eletrônicas.

Embora este oxifluoreto tenha sido relatado como promissor para muitas outras aplicações, não houve estudos sobre seu desempenho fotoeletroquímico como fotoanodo para separação de água. A equipe de pesquisa estudou este composto sob várias condições de iluminação e tensão aplicada, e descobri isso, para usá-lo como um fotoanodo, é necessário modificar sua superfície com outros compostos. Primeiro, uma camada de óxido de titânio (TiO ₂ ) tem de ser depositado na superfície do oxifluoreto para aumentar a fotocorrente gerada pela reação de separação da água. Então, o desempenho do fotoanodo pode ser bastante aprimorado revestindo-o ainda mais com óxidos de cobalto (CoOx), que penetram pelas rachaduras no TiO ₂ camada e promover a reação desejada. "A pós-modificação do fotoanodo com um promotor de oxidação em água provou ser indispensável para atingir um desempenho estável na maioria dos casos, "comenta o Prof. Maeda.

Os pesquisadores realizaram vários experimentos para caracterizar seu fotoanodo e seu desempenho para divisão de água sob uma variedade de condições, como sob diferentes tipos de luz e diferentes valores de tensão e pH (que é uma medida da acidez da água). Seus resultados são promissores (Fig. 2) e muito úteis para apontar outros pesquisadores na direção certa. "Até aqui, oxinitretos e compostos semelhantes têm sido vistos como materiais promissores, mas difíceis de manusear para fotoanodos devido à sua instabilidade inerente à auto-oxidação. Pb ₂ Ti ₂ O _5,4 F _1,2 representa um avanço há muito aguardado a este respeito, "conclui o Prof. Maeda. A tecnologia de separação de água pode ser crucial para atender às nossas necessidades de energia sem prejudicar ainda mais o meio ambiente, e estudos como este são trampolins essenciais para alcançar nossos objetivos por um futuro mais verde.