Um novo fotocatalisador que consiste em folhas de óxido de metal em nanoescala e uma molécula de corante de rutênio pode gerar H 2 da água, utilizando luz visível. Crédito:Tokyo Tech
Cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) desenvolveram um material híbrido construído a partir de uma nanofolha de óxido de metal e uma molécula absorvente de luz para dividir as moléculas de água para obter dihidrogênio (H 2 ) sob a luz solar. Desde H 2 pode ser usado como combustível livre de carbono, este estudo fornece uma visão relevante para a geração de energia limpa.
Em linha com o esgotamento dos combustíveis fósseis e os problemas ambientais devido à sua combustão, o desenvolvimento de tecnologia para geração de energia limpa é um tema de interesse global. Dentre os diversos métodos propostos para a geração de energia limpa, a divisão fotocatalítica da água está se mostrando muito promissora. Este método utiliza energia solar para dividir as moléculas de água e obter dihidrogênio (H 2 ) O H 2 pode então ser usado como combustível livre de carbono ou como matéria-prima na produção de muitos produtos químicos importantes.
Agora, uma equipe de pesquisa liderada por Kazuhiko Maeda na Tokyo Tech desenvolveu um novo fotocatalisador que consiste em folhas de óxido de metal em nanoescala e uma molécula de corante de rutênio, que funciona de acordo com um mecanismo semelhante às células solares sensibilizadas por corante. Enquanto os óxidos de metal que são fotocataliticamente ativos para a divisão geral da água em H 2 e O 2 têm grandes lacunas de banda, óxidos sensibilizados com corante podem utilizar luz visível, o principal componente da luz solar (Figura 1). O novo fotocatalisador é capaz de gerar H 2 da água com uma frequência de giro de 1960 por hora e um rendimento quântico externo de 2,4%.
Esses resultados são os mais altos registrados para fotocatalisadores sensibilizados por corante sob luz visível, trazendo a equipe de Maeda um passo mais perto do objetivo da fotossíntese artificial - replicar o processo natural de usar água e luz solar para produzir energia de forma sustentável.
O novo material, relatado em Jornal da American Chemical Society , é construído a partir de nanofolhas de niobato de cálcio de alta área superficial (HCa 2 Nb 3 O 10 ) intercalado com nanoclusters de platina (Pt) como H 2 - sites em evolução. Contudo, as nanofolhas modificadas com platina não funcionam sozinhas, como eles não absorvem a luz solar de forma eficiente. Assim, uma molécula de corante de rutênio absorvente de luz visível é combinada com a nanofolha, habilitando H movido a energia solar 2 evolução (Figura 2).
Ilustração de H dirigido por luz visível 2 evolução em rutênio-corante / HCa 2 Nb 3 O 10 nanofolha. Crédito:American Chemical Society, Tokyo Tech, adotado com permissão
O que torna o material eficiente é o uso de nanofolhas, que pode ser obtido por esfoliação química de HCa lamelar 2 Nb 3 O 10 . A alta área de superfície e flexibilidade estrutural das nanofolhas maximizam as cargas de tingimento e a densidade de H 2 sites de evolução, que por sua vez melhora H 2 eficiência de evolução. Também, para otimizar o desempenho, A equipe de Maeda modificou as nanofolhas com alumina amorfa, que desempenha um papel importante na melhoria da eficiência da transferência de elétrons. "Sem precedentes, a modificação de alumina para nanofolhas promove a regeneração do corante durante a reação sem impedir a injeção de elétrons do corante no estado excitado para a nanofolha - a etapa principal do H sensibilizado com corante 2 evolução, "Maeda diz.
"Até recentemente, foi considerado muito difícil alcançar H 2 evolução através da divisão total da água sob luz visível usando um fotocatalisador sensibilizado por corante com alta eficiência, "explica Maeda." Nosso novo resultado demonstra claramente que isso é realmente possível, usando um híbrido molécula-nanomaterial cuidadosamente projetado. "
É necessária mais pesquisa, pois será necessário otimizar ainda mais o design do fotocatalisador híbrido para melhorar a eficiência e durabilidade de longo prazo. A divisão fotocatalítica da água pode ser um meio crucial de atender às demandas de energia da sociedade sem prejudicar ainda mais o meio ambiente, e estudos como este são trampolins essenciais para alcançar nossa meta de um futuro mais verde.
