Os cientistas, pela primeira vez, desenvolveram uma única molécula que pode absorver a luz solar de forma eficiente e também atuar como um catalisador para transformar a energia solar em hidrogênio, uma alternativa limpa ao combustível para coisas como veículos movidos a gás.

Esta nova molécula coleta energia de todo o espectro visível, e pode aproveitar mais de 50% mais energia solar do que as células solares atuais. A descoberta pode ajudar os humanos na transição dos combustíveis fósseis em direção a fontes de energia que não contribuem para a mudança climática.

Os pesquisadores descreveram suas descobertas em um estudo publicado hoje em Química da Natureza . A equipe de pesquisa foi liderada por Claudia Turro, professor de química e diretor do Centro de Dinâmica Química e Biofísica da Universidade do Estado de Ohio.

"A ideia é que podemos usar fótons do sol e transformá-lo em hidrogênio. Para simplificar, estamos economizando a energia da luz solar e armazenando-a em ligações químicas para que possa ser usada mais tarde, "Turro disse.

Os fótons são partículas elementares da luz solar que contêm energia.

Os pesquisadores mostraram, pela primeira vez, que é possível coletar energia de todo o espectro visível da luz solar - incluindo infravermelho de baixa energia, uma parte do espectro solar que anteriormente era difícil de coletar - e transformá-lo, de forma rápida e eficiente, em hidrogênio. O hidrogênio é um combustível limpo, o que significa que não produz carbono ou dióxido de carbono como subproduto de seu uso.

"O que o faz funcionar é que o sistema é capaz de colocar a molécula em um estado de excitação, onde absorve o fóton e é capaz de armazenar dois elétrons para fazer hidrogênio, "Turro disse." Este armazenamento de dois elétrons em uma única molécula derivada de dois fótons, e usá-los juntos para fazer hidrogênio, é sem precedentes. "

Transformando a energia do sol em, dizer, combustível para um carro, primeiro requer um mecanismo para coletar a energia. Essa energia então deve ser convertida em combustível. A conversão requer algo chamado catalisador - algo que acelera uma reação química, permitindo a conversão de energia solar em energia utilizável como o hidrogênio.

A maioria das tentativas anteriores de coletar energia solar e transformá-la em hidrogênio concentrou-se nos comprimentos de onda de alta energia da luz do sol - pense nos raios ultravioleta, por exemplo.

As tentativas anteriores também se basearam em catalisadores que são construídos a partir de duas ou mais moléculas, que trocam elétrons - energia - à medida que produzem combustível a partir da energia solar. Mas energia é perdida na troca, tornando esses sistemas multi-moléculas menos eficientes.

As poucas tentativas que dependiam de um catalisador de uma única molécula também foram ineficientes, Turro disse, em parte porque eles não coletaram energia de todo o espectro visível da luz solar, e em parte porque os próprios catalisadores se degradaram rapidamente.

A equipe de pesquisa de Turro descobriu como fazer um catalisador de apenas uma molécula, uma forma do elemento ródio, o que significa que menos energia é perdida, ela disse. E descobriram como coletar energia do infravermelho ao ultraviolente - todo o espectro visível. O sistema que esta equipe de pesquisa projetou é quase 25 vezes mais eficiente com luz infravermelha de baixa energia do que os sistemas anteriores de molécula única operando com fótons ultravioleta, de acordo com o estudo.

No estudo, os pesquisadores usaram LEDs para iluminar soluções ácidas contendo a molécula ativa. Quando eles fizeram, eles descobriram que o hidrogênio foi produzido.

"Acho que funciona porque a molécula é difícil de oxidar, "disse ela." E temos que ter energia renovável. Imagine se pudéssemos usar a luz do sol para nossa energia em vez de carvão, gás ou petróleo, o que poderíamos fazer para lidar com a mudança climática. "

Antes que a descoberta da equipe de pesquisa possa ser colocada em aplicações do mundo real, Turro disse, Ainda há muito trabalho a ser feito. O ródio é um metal raro e a produção de catalisadores a partir do ródio é cara. A equipe está trabalhando no aprimoramento dessa molécula para produzir hidrogênio por um período mais longo e na construção do catalisador com materiais mais baratos.