O processo fotocatalítico de separação da água atrai os cientistas como uma solução para problemas energéticos e ambientais. Neste processo, a água é dividida em oxigênio e hidrogênio usando energia luminosa e um catalisador. À medida que o problema do aquecimento global aumentou, os pesquisadores olharam para o hidrogênio, um combustível de queima limpa, como uma solução de energia renovável. Com a água sendo um recurso tão barato, um tremendo esforço tem sido dedicado a este promissor campo de pesquisa durante as últimas décadas. Mas os cientistas só conseguiram descobrir alguns fotocatalisadores com alta eficiência e excelente estabilidade. Portanto, a tecnologia de separação de água fotocatalítica ainda tem um longo caminho a percorrer até que a aplicação prática seja possível.
Uma equipe de pesquisa da Universidade Xi'an Jiaotong, na China, alcançou resultados promissores usando um composto inorgânico chamado vanadato de bismuto (BiVO₄ ) como um fotocatalisador para obter uma separação fotocatalítica eficiente da água. Seu trabalho mostra a estreita relação entre as propriedades da superfície do BiVO₄ e a atividade fotocatalítica alcançada. As descobertas da equipe são publicadas na revista Nano Research .

Para que o processo de separação da água seja eficiente, é essencial a separação do par elétron-buraco e seu consumo por reações de oxidação ou redução de água que ocorrem na superfície. O elétron-buraco é um portador de carga responsável pela criação de corrente elétrica em materiais semicondutores. Portador de carga refere-se a uma partícula que se move livremente dentro de um material e carrega uma carga elétrica.

Nos últimos anos, os cientistas alcançaram um excelente desempenho expondo facetas específicas como locais de reação enriquecidos nos fotocatalisadores. Pesquisadores descobriram que o dióxido de titânio e o titanato de estrôncio, com suas facetas expostas, oferecem excelente desempenho. Esse conhecimento deu aos cientistas pistas de que um processo fotocatalítico eficiente poderia ser alcançado ajustando a superfície de um fotocatalisador com diferentes funções.

Em pesquisas adicionais, os cientistas relataram que o BiVO₄ nanofolhas com facetas expostas apresentaram excelente desempenho para oxidação da água. A pesquisa sugeriu que, se o BiVO₄ facetas foram ampliadas, a atividade fotocatalítica superior para a oxidação da água pode ser alcançada.

A equipe de pesquisa da Universidade Xi'an Jiaotong concentrou sua atenção no BiVO₄ como fotocatalisador modelo. Eles estudaram o papel crucial do consumo de portadores de carga de superfície nas reações de separação da água. A equipe fabricou o BiVO₄ cristais únicos com uma proporção personalizada de facetas para os sítios redutores e os sítios oxidativos. Eles usaram um método hidrotermal controlado simples para sintetizar o BiVO₄ cristal. Através deste processo, eles demonstraram que a oxidação fotocatalítica eficiente da água pode ser alcançada através do consumo equilibrado de transportadores de carga de superfície que é baseado em uma proporção média entre os sítios redutores e os sítios oxidativos.

Usando BiVO₄ sozinho como um fotocatalisador típico para a oxidação da água não atinge a divisão geral da água. Assim, os pesquisadores continuaram seu estudo, construindo um sistema de esquema Z, onde dois fotocatalisadores diferentes são combinados. Usando o BiVO₄ com cocatalisadores apropriados, a equipe conseguiu uma separação geral de água fotocatalítica eficiente e estável.

"A oxidação fotocatalítica superior da água é obtida do BiVO₄ decaedros com uma proporção média entre sítios redutores e oxidativos, que é atribuído ao consumo de portadores de carga superficial balanceado conforme alcançado", disse Shaohua Shen, professor do Centro Internacional de Pesquisa para Energia Renovável da Universidade de Xi'an Jiaotong. "Em Além disso, a separação geral de água fotocatalítica eficiente e estável é alcançada adotando o BiVO conforme sintetizado₄ decaedros com modificação adequada do cocatalisador", disse Shen.

"Olhando para o futuro, este trabalho fornece orientação sobre a fabricação de nano/micromaterial com morfologia superficial controlável e investigações perspicazes da reação redox fotocatalítica correspondente", disse Shen. + Explorar mais

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