Para combater as mudanças climáticas, É imperativo mudar de combustíveis fósseis para fontes de energia limpas e sustentáveis. Um candidato popular a esse respeito é o hidrogênio, um combustível ecológico que produz apenas água quando usado. Contudo, os métodos eficientes de produção de hidrogênio geralmente não são ecológicos. A alternativa ecologicamente correta de dividir a água com a luz solar para produzir hidrogênio é ineficiente e sofre de baixa estabilidade do fotocatalisador (material que facilita as reações químicas ao absorver a luz). Como abordar a questão do desenvolvimento de um fotocatalisador estável e eficiente?

Em um estudo publicado recentemente em Catálise B aplicada:Ambiental , um grupo internacional de cientistas, liderado pelo professor assistente Yeonho Kim da Universidade Nacional de Incheon na Coréia, abordou esta questão e relatou sobre o desempenho de nanobastões de sulfeto de zinco revestido com polidopamina (PDA) (ZnS) como fotocatalisador, que mostrou um aumento na produção de hidrogênio em 220% em comparação com o catalisador ZnS sozinho! Além disso, exibiu estabilidade decente, retendo quase 79% de sua atividade após ser irradiado por 24 horas. Dr. Kim descreve a motivação por trás de sua pesquisa, “O ZnS tem várias aplicações fotoquímicas porque pode gerar rapidamente portadores de carga elétrica sob a luz solar. a luz solar também causa a oxidação dos íons sulfeto, levando à fotocorrosão do ZnS. Recentemente, estudos mostraram que revestimentos de PDA de espessura controlada em um fotocatalisador podem melhorar a eficiência de conversão para energia solar e aumentar a fotoestabilidade. Mas, até aqui, nenhum estudo abordou as mudanças físico-químicas na interface do ZnS / PDA. Portanto, queríamos estudar o efeito da ligação do PDA no desempenho fotocatalítico do ZnS. "

Os cientistas fabricaram os nanocatalisadores de ZnS revestidos com PDA por meio de polimerização para revestir dopamina em nanobastões de ZnS, e variou o período de polimerização para criar amostras de três diferentes espessuras de PDA - 1,2 nm (ZnS / PDA1), 2,1 nm (ZnS / PDA2), e 3,5 nm (ZnS / PDA3). Eles então mediram o desempenho fotocatalítico dessas amostras monitorando sua produção de hidrogênio sob iluminação solar simulada.

O catalisador ZnS / PDA1 apresentou a maior taxa de produção de hidrogênio, seguido por ZnS / PDA2, ZnS não revestido, e ZnS / PDA3. A equipe atribuiu o desempenho inferior de ZnS / PDA2 e ZnS / PDA3 à maior absorção de luz pelos revestimentos de PDA mais espessos, o que reduziu a luz atingindo ZnS e impediu os portadores de carga excitados de alcançar a superfície; ZnS não revestido, contrariamente, sofreu fotocorrosão.

Para entender o papel da estrutura eletrônica na melhoria observada, os cientistas mediram os espectros de emissão e extinção das amostras junto com cálculos da teoria funcional da densidade. O primeiro revelou que a absorção aumentada foi devido à formação de camadas de Zn-O ou O-Zn-S em ZnS e a criação de níveis de energia perto da banda de valência (nível atômico mais alto preenchido com elétrons) que pode aceitar "buracos" (ausência de elétrons), enquanto os cálculos mostraram que o ZnS / PDA tem uma estrutura eletrônica única "duplamente escalonada" que facilita o transporte e a separação de portadores de carga na superfície. A durabilidade melhorada foi devido à capacidade oxidativa reduzida dos orifícios nos estados de valência do PDA.

Dr. Kim e sua equipe estão esperançosos de aplicações mais amplas de sua técnica. "O revestimento de polidopamina utilizado em nosso trabalho também é aplicável a outros grupos de seleneto, boreto, e catalisadores à base de telureto, "comenta o Dr. Kim.

O futuro pode realmente ser hidrogênio.