p (Phys.org) - Ao converter a luz solar em energia química, sistemas de fotossíntese artificial podem potencialmente produzir fontes renováveis, combustíveis e produtos químicos não poluentes para uma ampla variedade de usos. Mas o desenvolvimento de um processo eficiente de conversão de energia solar em combustível tornou-se extremamente desafiador. Embora os pesquisadores tenham demonstrado a viabilidade da fotossíntese artificial, alcançar uma alta eficiência provou ser mais difícil. p Em um novo estudo, uma equipe de cientistas do Instituto de Pesquisa de Tecnologia Química da Coreia em Daejon, Coreia do Sul, e a Ewha Womans University em Seul, Coreia do Sul, demonstraram que o grafeno pode servir como um fotocatalisador eficiente para melhorar a eficiência de um sistema de fotossíntese artificial. Como fotocatlyst, o grafeno usa a luz solar para estimular a reação sem se envolver.

p Como explicam os pesquisadores, um bom fotocatalisador para tal sistema deve operar no espectro de luz visível, já que 46% da energia solar total na Terra está na faixa do visível e apenas 4% na faixa do UV. Estudos anteriores fizeram experiências com compósitos semicondutores de grafeno como fotocatalisadores, mas os resultados mostraram que esses materiais tinham baixos níveis de transferência de elétrons, o que levou a baixas eficiências.

p No novo estudo, os cientistas usaram o grafeno sozinho como fotocatalisador, que então se acoplaram a uma enzima porfirina. Os pesquisadores demonstraram que este material pode converter luz solar e dióxido de carbono em ácido fórmico, um produto químico que é usado na indústria de plásticos e como combustível em células de combustível. Os testes mostraram que o fotocatalisador à base de grafeno é altamente funcional no regime de luz visível, e que sua eficiência geral é significativamente maior do que a eficiência de outros fotocatalisadores.

p “O sistema acoplado fotocatalisador-enzima é um dos sistemas de fotossíntese artificial mais ideais que utilizam energia solar para a síntese de vários produtos químicos e combustível, ”Disse o co-autor Jin-Ook Baeg do Instituto de Pesquisa de Tecnologia Química da Coreia Phys.org . “Para o uso prático do processo de fotossíntese artificial do fotobiorreator, uma das tarefas mais desafiadoras é a busca por um material ativo de luz visível altamente eficiente que atue como um fotocatalisador no sistema de regeneração NADH e desencadeie a produção enzimática de produtos químicos solares / combustível solar a partir de CO ₂ . Como um passo em direção a esse objetivo, relatamos a síntese de um novo material ativo de luz visível à base de grafeno como um fotocatalisador do sistema fotobiorreator para uma produção fotossintética artificial eficiente de ácido fórmico a partir de CO ₂ . ”

p Para entender as origens da atividade fotocatalítica aprimorada, os pesquisadores examinaram o fotocatalisador usando espectroscopia, análise térmica, e técnicas de microscopia. Eles descobriram que o material tem boas habilidades de transferência de elétrons, e a grande área de superfície do grafeno ajuda a acelerar as reações químicas no processo de conversão.

p A capacidade de produzir combustível solar diretamente do CO ₂ tem aplicações não apenas para células de combustível e plásticos, mas também na indústria farmacêutica.

p “Como um dos fortes méritos práticos do sistema, também pode ser usado para a produção de produtos químicos finos feitos sob medida usando a energia da luz solar, ”Disse Baeg. "Por exemplo, derivados quirais de 2-amino-1-ariletanol são um intermediário muito importante de muitos tipos de drogas quirais muito caras. Ele pode ser facilmente sintetizado por nosso sistema de fotossíntese artificial acoplado a fotocatalisador-enzima, simplesmente usando a energia da luz solar. No momento, estamos fazendo pesquisas para desenvolver o sistema de fotossíntese artificial acoplado fotocatalisador-enzima para produtos químicos solares quirais feitos sob medida. Os resultados serão publicados em breve. Portanto, este artigo não mostra apenas um exemplo de referência do material à base de grafeno usado como fotocatalisador na fotossíntese artificial em geral, mas também o exemplo de referência do sistema de produção seletiva de produtos químicos solares / combustível solar diretamente do CO ₂ . ” p Copyright 2012 Phys.org
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