O hidrogênio está emergindo como uma alternativa ecologicamente correta aos recursos de combustíveis fósseis devido aos seus produtos de combustão neutros em carbono (água, eletricidade e calor) e é considerado o combustível de próxima geração para uma sociedade de emissão zero. No entanto, a principal fonte de hidrogênio é, ironicamente, os combustíveis fósseis.
Uma forma de produzir hidrogênio de forma limpa e sustentável é através da separação da água impulsionada pela luz solar. O processo, conhecido como "separação de água fotoeletroquímica (PEC)" é a base do funcionamento das células fotovoltaicas orgânicas. O que torna esse método atraente é que ele permite 1) produção em massa de hidrogênio em espaço limitado sem um sistema de rede e 2) conversão de alta eficiência de energia solar em hidrogênio.

Apesar dessas vantagens, no entanto, os materiais fotoativos utilizados em PECs convencionais não possuem as propriedades necessárias para um ambiente comercial. Nesse sentido, os semicondutores orgânicos (OSs) surgiram como um potencial material de fotoeletrodo para a produção comercial de hidrogênio PEC devido ao seu alto desempenho e baixo custo de impressão. Mas, no lado negativo, OSs sofrem de baixa estabilidade química e baixa densidade de fotocorrente.

Agora, uma equipe de pesquisadores liderada pelo Prof. Sanghan Lee do Instituto de Ciência e Tecnologia de Gwangju, Coréia, pode ter finalmente resolvido esse problema. Em sua recente descoberta que apareceu na capa do Journal of Materials Chemistry A , a equipe adotou uma abordagem baseada no encapsulamento do fotocátodo OS em folha de titânio decorada com platina, uma técnica conhecida como "encapsulação de folha de metal", para evitar sua exposição à solução eletrolítica.

"O encapsulamento de folha de metal é uma abordagem poderosa para a realização de fotocátodos baseados em OS estáveis ​​a longo prazo, pois ajuda a impedir a penetração de eletrólitos no OS, melhorando sua estabilidade a longo prazo, conforme demonstrado em nossos estudos anteriores e outros relatórios sobre OS fotoeletrodos baseados", explica o Prof. Lee.

A equipe fabricou uma célula fotovoltaica orgânica, na qual o fotocátodo OS foi coberto com folha de titânio e nanopartículas de platina bem dispersas. Após o teste, o fotocátodo OS mostrou um potencial de início de 1 V em relação ao eletrodo de hidrogênio reversível (RHE) e uma densidade de fotocorrente de -12,3 mA cm ^-2 em 0 V_RH . Mais notavelmente, a célula demonstrou uma estabilidade operacional recorde, retendo 95,4% da fotocorrente máxima por mais de 30 horas sem qualquer deterioração perceptível no sistema operacional. Além disso, a equipe testou o módulo sob luz solar real e conseguiu produzir hidrogênio.

O módulo PEC altamente estável e eficiente desenvolvido neste estudo pode permitir a produção em larga escala de hidrogênio e inspirar rotas inovadoras para a construção de futuros postos de hidrogênio. “Com a crescente ameaça do aquecimento global, é imperativo desenvolver fontes de energia ecologicamente corretas. O módulo PEC explorado em nosso estudo poderia ser instalado em postos de hidrogênio, onde o hidrogênio pode ser produzido em massa e vendido ao mesmo tempo, " diz o Prof. Lee. + Explorar mais

Uma estratégia para estabilizar fotoeletrodos divisores de água para a produção de energia solar para hidrogênio