A estrutura metal-orgânica (rede cinza e magenta) pode usar a energia solar para dividir as moléculas de água (esferas vermelhas e azuis claras) para liberar hidrogênio (esferas azuis claras). Crédito:2020 Nikita Kolobov
Um fotocatalisador de divisão de água à base de estrutura metálica orgânica (MOF), desenvolvido na KAUST, trouxe pesquisadores um passo mais perto de gerar combustível de hidrogênio limpo usando a luz solar.
"Usar a energia solar para produzir combustíveis verdes de maneira eficiente é o objetivo final de muitos pesquisadores de catálise, "diz Jorge Gascon, diretor do KAUST Catalysis Center, quem liderou a pesquisa. Contudo, continua sendo um desafio encontrar eficiência, de longa vida, fotocatalisadores de separação de água de baixo custo.
Na equipe do Gascon, o objetivo é usar MOFs para encontrar materiais fotocatalíticos de separação de água sustentáveis. "Trabalhamos com MOFs porque eles são como um brinquedo de construção de LEGO - você tem diferentes partes com as quais pode brincar e variar para obter as propriedades desejadas, "diz Nikita Kolobov, membro da equipe do Gascon.
Os MOFs consistem em íons metálicos conectados por ligantes orgânicos à base de carbono em uma matriz bidimensional ou tridimensional altamente regular e repetitiva. Variando o metal e o componente orgânico, uma família diversificada de materiais pode ser feita. "Essa modularidade torna os MOFs uma plataforma excelente para o desenvolvimento de uma compreensão fundamental dos processos fotocatalíticos, "Gascon diz." Podemos avaliar novos conceitos em fotocatálise que podem ser difíceis ou impossíveis de desenvolver e avaliar usando outras classes de materiais. "
No andaime MOF, o linker orgânico (cinza) atua como uma antena de fóton; um elétron do ligante é transferido para a cadeia de metal (rosa) e usado para a produção de H2 a partir da água. Crédito:© 2020 Nikita Kolobov
Para seu último trabalho, Gascon, Kolobov, Amandine Cadiau e seus colegas criaram um MOF que usava íons de titânio metálico com H 4 TBAPy, um linker orgânico conhecido por absorver energia de um amplo espectro de luz solar. Combinando H 4 TBAPy com titânio, a equipe teve como objetivo criar um material que pudesse colocar essa energia em uso de forma eficiente.
O titânio no MOF ativado por luz tinha os níveis de energia ideais para a parte de produção de hidrogênio da divisão fotocatalítica da água, a equipe mostrou. "A parte orgânica do MOF agia como uma antena que coletava luz e transmitia essa energia para o nó de metal, que o ativou para realizar transformações catalíticas, "Kolobov diz.
"Embora a atividade de reação de evolução de hidrogênio do novo MOF fosse modesta em comparação com alguns semicondutores inorgânicos, seu desempenho já está entre os melhores materiais MOF à base de titânio, "Kolobov diz." MOFs ainda estão em sua infância quando se trata de aplicações fotocatalíticas, "ele acrescenta." Acreditamos que a abordagem modular para sua construção oferece possibilidades ilimitadas para melhoria de desempenho, e estamos dando os primeiros passos nessa direção. "
"Cada etapa para entender melhor como os catalisadores funcionam sob iluminação de luz é importante, "Gascon diz." Nosso principal objetivo neste momento é criar novas estruturas de MOF capazes de realizar com eficiência a divisão geral da água. "
