O hidrogênio é uma fonte de energia limpa que pode ser produzida pela divisão das moléculas de água com a luz. Contudo, atualmente, é impossível conseguir isso em grande escala. Em uma descoberta recente, cientistas da Universidade de Ciência de Tóquio, Japão, desenvolveram um novo método que usa descarga de plasma em solução para melhorar o desempenho do fotocatalisador na reação de divisão da água. Isso abre portas para explorar uma série de fotocatalisadores que podem ajudar a aumentar essa reação.

A crise ambiental global cada vez pior, juntamente com o esgotamento dos combustíveis fósseis, tem motivado cientistas a buscar fontes de energia limpa. Hidrogênio (H ₂ ) pode servir como um combustível ecológico, e a geração de hidrogênio se tornou um tópico de pesquisa quente. Embora ninguém ainda tenha encontrado uma maneira econômica e eficiente em termos de energia de produzir hidrogênio em grande escala, o progresso neste campo é constante e várias técnicas foram propostas.

Uma dessas técnicas envolve o uso de luz e catalisadores (materiais que aceleram as reações) para dividir a água (H ₂ O) em hidrogênio e oxigênio. Os catalisadores têm estruturas cristalinas e a capacidade de separar cargas nas interfaces entre alguns de seus lados. Quando a luz atinge o cristal em certos ângulos, a energia da luz é absorvida pelo cristal, fazendo com que certos elétrons se tornem livres de suas órbitas originais em torno dos átomos do material. À medida que um elétron deixa seu lugar original no cristal, uma vaga carregada positivamente, conhecido como buraco, é criado na estrutura. Geralmente, esses estados "excitados" não duram muito, e elétrons livres e lacunas eventualmente se recombinam.

Este é o caso do vanadato de bismuto (BiVO ₄ ) catalisadores de cristal também. BiVO ₄ foi recentemente explorado para reações de divisão de água, dada a sua promessa como um material no qual a separação de carga pode ocorrer por excitação com luz visível. A rápida recombinação de pares de entidades carregadas ("portadores") é uma desvantagem porque os portadores devem participar separadamente das reações que quebram a água.

Em um estudo recente publicado em Chemical Engineering Journal , cientistas do Photocatalysis International Research Center da Tokyo University of Science, Japão, junto com cientistas da Northeast Normal University na China, desenvolveu um novo método para melhorar as características de separação de carga do BiVO decaédrico (dez lados) ₄ catalisadores de cristal. Prof Terashima, cientista líder no estudo, explica, “Estudos recentes têm mostrado que portadores podem ser gerados e separados nas interfaces entre as diferentes faces de certos cristais. No caso do BiVO ₄ , Contudo, as forças que separam os portadores são muito fracas para pares elétron-lacuna que são gerados ligeiramente fora das interfaces. Portanto, separação de portadores em BiVO ₄ decaedros exigiam mais melhorias, o que nos motivou a realizar este estudo. "

Na técnica que eles propõem, BiVO ₄ os nanocristais são expostos ao que é chamado de "descarga de plasma em solução", um jato de matéria energética altamente carregado que é produzido pela aplicação de altas tensões entre dois terminais submersos na água. A descarga de plasma remove alguns átomos de vanádio (V) da superfície de faces específicas dos cristais, deixando vagas de vanádio. Essas vagas atuam como "armadilhas de elétrons" que facilitam o aumento da separação dos portadores. Como essas vagas são em maior número nas oito faces laterais do decaedro, os elétrons ficam presos nessas faces enquanto os buracos se acumulam nas faces superior e inferior. Esta separação de carga aumentada resulta em melhor desempenho catalítico do BiVO ₄ nanocristais, melhorando assim o seu desempenho de separação da água.

Este estudo representa um novo uso de descarga de plasma em solução para melhorar as propriedades dos cristais. Prof Akira Fujishima, co-autor do artigo, diz, "Nosso trabalho nos inspirou a reconsiderar outros cristais que são aparentemente ineficazes para a divisão da água. Ele fornece uma estratégia promissora usando plasma em solução para 'ativá-los'." O uso de descarga de plasma em solução tem muitas vantagens em relação ao plasma gasoso convencional, o que o torna muito mais atraente do ponto de vista técnico e econômico. Prof Xintong Zhang da Northeast Normal University, China, observações, "Ao contrário do plasma gasoso, que deve ser gerado em câmaras fechadas, O plasma em solução pode ser gerado em um reator aberto à temperatura ambiente e em uma atmosfera de ar normal. Além disso, trabalhando com pós de cristal em uma solução, torna-se mais conveniente alterar os parâmetros do processo, e também é mais fácil de aumentar. "

Esperançosamente, este estudo nos leva um passo mais perto de uma maneira eficiente de produzir hidrogênio para que possamos finalmente passar sem os combustíveis fósseis e outras fontes de energia que são prejudiciais ao nosso planeta. Comentando mais sobre a promessa deste estudo, O prof. Terashima diz:"Se a energia do hidrogênio eficiente puder ser produzida usando luz solar e água, dois dos recursos mais abundantes do planeta, uma sociedade limpa de sonhos poderia ser realizada. "