p Com a crescente pressão sobre as emissões globais de carbono e as mudanças climáticas, é urgente desenvolver alternativas energéticas mais limpas em vez de combustíveis fósseis. O hidrogênio é um combustível limpo com emissão zero de carbono porque produz apenas água inofensiva durante a combustão. Contudo, uma tecnologia para produzir o chamado "hidrogênio verde" precisa ser mais desenvolvida para aplicações práticas, que emprega na divisão da água usando uma fonte de energia renovável. O hidrogênio solar é uma tecnologia ideal de produção de combustível de hidrogênio a partir da luz solar, mas apesar da intensa pesquisa em todo o mundo nas últimas décadas, o progresso tem sido lento. p Professor Jae Sung Lee e sua equipe de pesquisa na Escola de Energia e Engenharia Química da UNIST, em colaboração com cientistas do Instituto de Física Química de Dalian (DICP), A China relatou recentemente uma descoberta significativa que pode trazer a produção de hidrogênio solar um passo mais perto da realidade.

p A eletrólise da água em hidrogênio e oxigênio pode ser realizada, mas requer grandes quantidades de eletricidade, em grande parte produzida pela queima de combustíveis fósseis. A divisão fotoeletroquímica (PEC) da água fornece uma rota ambientalmente benigna e mais sustentável para a produção de hidrogênio. A hematita é considerada um material de fotoanodo candidato ideal para aplicação em grande escala de separação de água PEC devido à sua abundância natural, robustez química, e um bandgap ideal de 2,1 eV que permite uma alta eficiência de conversão solar em hidrogênio de 16,8% (mais de 10% é um requisito para a comercialização). Perceber o alto desempenho da hematita correspondente ao seu potencial promissor continua sendo um grande desafio devido a vários fatores limitantes em suas propriedades optoeletrônicas. Devido a essas limitações, o desempenho relatado de fotoanodos de hematita permanece menos da metade de seu desempenho potencial.

p A equipe de pesquisa projetou e construiu com sucesso um novo fotoanodo à base de hematita nanoestruturada, que é uma formação de núcleo-casca de nanobastões de homojunção de hematita dopada com tântalo gradiente por combinação de segundo crescimento hidrotérmico e recozimento por microondas híbrido (HMA). Os nanobastões de homojunção dopados com Ta gradiente resultam em alta condutividade interna (dopagem Ta5 + pesada), enquanto os estados de superfície externos foram passivados pela remoção de defeitos de superfície causados ​​por dopagem Ta5 + pesada. Mais crucialmente, isso constrói um campo elétrico adicional para suprimir a recombinação de carga, levando a um aumento significativo da fotocorrente e uma grande diminuição da tensão de ativação (consulte a Figura 1). A maioria das estratégias de modificação conhecidas aumenta a geração de fotocorrente ou reduz a tensão de ativação da corrente. A singularidade da nossa estratégia recém-desenvolvida é melhorar as duas figuras de mérito simultaneamente. Este trabalho demonstra muito bem como as múltiplas estratégias de alto doping, a homojunção e o carregamento do cocatalisador melhoram o desempenho do fotoanodo. Como resultado, o fotoanodo finalmente otimizado melhora a densidade da fotocorrente em 66,8% e muda sua tensão de ativação em ~ 270 mV em relação ao fotoanodo não modificado.

p Atualmente, a maior parte do hidrogênio é produzida pela reforma do gás natural, que não é limpo nem sustentável. Com mais desenvolvimentos, pode-se produzir hidrogênio limpo e verde a partir da divisão da água solar, e a descoberta atual pode ser um marco importante em tais desenvolvimentos.

p Os resultados desta pesquisa foram publicados em Nature Communications .