Um fotocatalisador semicondutor orgânico que aumenta significativamente a geração de gás hidrogênio pode levar a tecnologias de armazenamento de energia mais eficientes.

A combustão de combustíveis fósseis está levando a mudanças climáticas perigosas, impulsionando a busca por fontes de energia renováveis ​​mais limpas. A energia solar é de longe a fonte de energia renovável mais abundante, mas desbloquear seu potencial requer uma maneira de armazená-lo para uso posterior.

Um método padrão para armazenar energia solar é nas ligações químicas do hidrogênio molecular usando fotocatalisadores de evolução de hidrogênio (HEPs). Atualmente, a maioria dos HEPs é feita de semicondutores inorgânicos de um único componente. Estes só podem absorver luz em comprimentos de onda ultravioleta, o que limita sua capacidade de produzir hidrogênio.

Uma equipe liderada por Iain McCulloch do KAUST Solar Center, em parceria com pesquisadores dos Estados Unidos e do Reino Unido, já desenvolveu HEPs feitos de dois materiais semicondutores diferentes. Eles incorporaram esses materiais em nanopartículas orgânicas que podem ser ajustadas para absorver mais do espectro de luz visível.

"Tradicionalmente, semicondutores inorgânicos têm sido usados ​​para aplicações fotocatalíticas, "diz Jan Kosco, primeiro autor do estudo. "Contudo, esses materiais absorvem principalmente a luz ultravioleta, que compreende menos de cinco por cento do espectro solar. Portanto, sua eficiência é limitada. "

A equipe primeiro usou um método chamado miniemulsão, em que uma solução dos semicondutores orgânicos é emulsificada em água com o auxílio de um surfactante estabilizador. Próximo, eles aqueceram a emulsão para eliminar o solvente, deixando para trás nanopartículas semicondutoras orgânicas estabilizadas com surfactante.

Variando o surfactante, eles foram capazes de controlar a estrutura das nanopartículas, transformando-os de uma estrutura de núcleo-casca em uma estrutura mista doador / aceitador. A estrutura combinada permitiu-lhes introduzir uma heterojunção entre as camadas do polímero doador e o aceitador não fulllereno.

"Ambas as estruturas absorvem luz na mesma taxa, "explica Kosco, "mas na estrutura de núcleo-casca, apenas orifícios fotogerados alcançam a superfície; Contudo, na estrutura mista, ambos os buracos e elétrons alcançam a superfície das nanopartículas, resultando em geração aprimorada de hidrogênio.

Os HEPs exibiram taxas de evolução de hidrogênio uma ordem de magnitude além do que é atualmente alcançável com HEPs inorgânicos de componente único. Isso estabelece as bases para tecnologias de armazenamento de energia de próxima geração.

"Atualmente, estamos estudando o desempenho de nanopartículas formadas a partir de diferentes combinações de semicondutores para entender melhor suas relações estrutura-atividade, "diz McCulloch." Estamos procurando projetar fotocatalisadores de nanopartículas para outras reações fotocatalíticas, como a evolução do oxigênio ou a redução do dióxido de carbono. "