A luz solar energiza os elétrons para quebrar o nitrogênio e formar amônia por meio de um processo conhecido como fixação fotocatalítica de nitrogênio. Este processo envolve o uso de um material semicondutor, como o dióxido de titânio (TiO2), como catalisador para converter gás nitrogênio (N2) e água (H2O) em amônia (NH3). Aqui está uma visão geral de como esse processo funciona:
1.
Absorção de luz :Quando a luz solar atinge o material semicondutor, como o TiO2, a energia dos fótons é absorvida pelos elétrons do material. Isso faz com que os elétrons fiquem excitados e se movam da banda de valência para a banda de condução, criando um buraco carregado positivamente na banda de valência.
2.
Separação de cobranças :Os elétrons excitados e os buracos carregados positivamente migram para lados opostos do material semicondutor. Os elétrons se movem em direção à superfície do material, enquanto os buracos se movem em direção ao interior.
3.
Separação de água :Na superfície do material semicondutor, os elétrons excitados reagem com as moléculas de água. Esta reação divide as moléculas de água em íons de hidrogênio (H+) e oxigênio (O2).
4.
Redução de Nitrogênio :Na mesma superfície, os buracos carregados positivamente reagem com moléculas de gás nitrogênio. Esta reação quebra a forte ligação tripla entre os átomos de nitrogênio na molécula de N2, formando espécies reativas de nitrogênio.
5.
Formação de Amônia :Os íons de hidrogênio produzidos pela divisão da água reagem com as espécies reativas de nitrogênio para formar amônia. Esta reação ocorre na superfície do material semicondutor e as moléculas de amônia são liberadas no ambiente circundante.
O processo de fixação fotocatalítica de nitrogênio pode ser otimizado controlando vários fatores, como o tipo de material semicondutor, a área superficial do material, a intensidade da fonte de luz e a presença de catalisadores ou promotores adicionais. A pesquisa nesta área está em andamento para melhorar a eficiência e as aplicações práticas desta tecnologia para a produção sustentável de amônia.
