p Para disponibilizar grandes folhas de carbono para coleta de luz, Os químicos de Bloomington da Universidade de Indiana conceberam uma solução incomum - anexar o que equivale a um remendo de amora 3-D em cada lado da folha de carbono. Usando esse método, os cientistas dizem que foram capazes de dissolver folhas contendo até 168 átomos de carbono, um primeiro. p O relatório dos cientistas, online hoje (9 de abril), aparecerá em uma edição futura de Nano Letras , um jornal da American Chemical Society.

p "Nosso interesse vem de querer encontrar uma alternativa, material prontamente disponível que pode absorver a luz solar com eficiência, "disse o químico Liang-shi Li, quem liderou a pesquisa. "No momento, os materiais mais comuns para absorver luz em células solares são o silício e compostos que contêm rutênio. Cada um tem suas desvantagens."

p Sua principal desvantagem é o custo e a disponibilidade de longo prazo. As células solares à base de rutênio podem ser potencialmente mais baratas do que as baseadas em silício, mas o rutênio é um metal raro na Terra, tão raro quanto a platina, e acabará rapidamente quando a demanda aumentar.

p O carbono é barato e abundante, e na forma de grafeno, capaz de absorver uma ampla gama de frequências de luz. Grafeno é essencialmente a mesma coisa que grafite (grafite), exceto o grafeno é uma única folha de carbono, um átomo de espessura. O grafeno mostra-se promissor como um eficaz, barato para produzir, e alternativa menos tóxica a outros materiais usados ​​atualmente em células solares. Mas também irritou os cientistas.

p Para uma folha de grafeno ser útil na coleta de fótons de luz, a folha deve ser grande. Para usar a energia solar absorvida para eletricidade, Contudo, a folha não pode ser muito grande. Infelizmente, cientistas acham grandes folhas de grafeno difíceis de trabalhar, e seus tamanhos ainda mais difíceis de controlar. Quanto maior a folha de grafeno, quanto mais pegajoso é, tornando-o mais provável de atrair e grudar em outras folhas de grafeno. Múltiplas camadas de grafeno podem ser boas para fazer anotações, mas também evitam eletricidade.

p Químicos e engenheiros que experimentam o grafeno criaram uma série de estratégias para manter separadas as folhas de grafeno. A solução mais eficaz antes do Nano Letras o papel vem quebrando a grafite (de cima para baixo) em folhas e embrulhando polímeros em volta delas para isolá-las umas das outras. Mas isso faz com que as folhas de grafeno com tamanhos aleatórios sejam grandes demais para a absorção de luz por células solares.

p Li e seus colaboradores tentaram uma ideia diferente. Ao anexar um semi-rígido, semi-flexível, grupo lateral tridimensional para os lados do grafeno, eles foram capazes de impedir que folhas de grafeno de até 168 átomos de carbono aderissem umas às outras. Com este método, eles poderiam fazer as folhas de grafeno a partir de moléculas menores (de baixo para cima) para que tivessem tamanhos uniformes. Para o conhecimento dos cientistas, é a maior folha de grafeno estável já feita com a abordagem ascendente.

p O grupo lateral consiste em um anel de carbono hexagonal e três longos, caudas farpadas feitas de carbono e hidrogênio. Como a folha de grafeno é rígida, o anel do grupo lateral é forçado a girar cerca de 90 graus em relação ao plano do grafeno. As três caudas espinhosas estão livres para chicotear, mas dois deles tendem a envolver a folha de grafeno à qual estão fixados.

p As caudas não agem meramente como uma gaiola, Contudo. Eles também servem como alça para o solvente orgânico, de modo que toda a estrutura pode ser dissolvida. Li e seus colegas foram capazes de dissolver 30 mg da espécie por 30 mL de solvente.

p "Nesse artigo, encontramos uma nova maneira de tornar o grafeno solúvel, "Disse Li." Isso é tão importante quanto o tamanho relativamente grande do próprio grafeno. "

p Para testar a eficácia de seu aceitador de luz de grafeno, os cientistas construíram células solares rudimentares usando dióxido de titânio como um aceitador de elétrons. Os cientistas conseguiram atingir uma densidade de corrente de 200 microamperes por cm quadrado e uma voltagem de circuito aberto de 0,48 volts. As folhas de grafeno absorveram uma quantidade significativa de luz na faixa do visível ao infravermelho próximo (200 a 900 nm ou mais) com o pico de absorção ocorrendo em 591 nm.

p Os cientistas estão em processo de redesenhar as folhas de grafeno com extremidades adesivas que se ligam ao dióxido de titânio, que irá melhorar a eficiência das células solares.

p "Coletar energia do sol é um pré-requisito, "Li disse." Como transformar a energia em eletricidade é o próximo. Achamos que temos um bom começo. "