p Pesquisadores de todo o mundo estão tentando desenvolver geradores movidos a energia solar que podem dividir a água, produzindo gás hidrogênio que poderia ser usado como combustível limpo. Tal dispositivo requer materiais de absorção de luz eficientes que atraem e retêm a luz solar para conduzir as reações químicas envolvidas na divisão da água. Semicondutores como o silício e o arseneto de gálio são excelentes absorvedores de luz - como fica claro por seu amplo uso em painéis solares. Contudo, esses materiais enferrujam quando submersos no tipo de solução aquosa encontrada em tais sistemas. p Agora, os pesquisadores da Caltech no Joint Center for Artificial Photosynthesis (JCAP) desenvolveram um método para proteger esses semicondutores comuns da corrosão, mesmo que os materiais continuem a absorver a luz com eficiência. A descoberta abre caminho para o uso desses materiais em geradores de combustível solar.

p "Por quase meio século, esses materiais foram considerados fora da mesa para este tipo de uso, "diz Nate Lewis, o professor George L. Argyros e professor de química na Caltech, e o investigador principal no papel. "Mas não desistimos de desenvolver esquemas pelos quais pudéssemos protegê-los, e agora esses semicondutores tecnologicamente importantes estão de volta à mesa. "

p A pesquisa, liderado por Shu Hu, um pós-doutorado em química na Caltech, aparece na edição de 30 de maio da revista Ciência .

p No tipo de gerador de combustível solar integrado que a JCAP está se esforçando para produzir, duas meias-reações devem ocorrer - uma envolvendo a oxidação da água para produzir gás oxigênio; o outro envolvendo a redução de água, produzindo gás hidrogênio. Cada meia-reação requer um material que absorva a luz para servir como fotoeletrodo e um catalisador para conduzir a química. Além disso, as duas reações devem ser fisicamente separadas por uma barreira para evitar a produção de uma mistura explosiva de seus produtos.

p Historicamente, tem sido particularmente difícil encontrar um material que absorva a luz e que execute de forma robusta a meia-reação de oxidação. Pesquisadores tentaram, sem muito sucesso, uma variedade de materiais e várias técnicas para revestir os semicondutores comuns de absorção de luz. O problema é que, se a camada protetora for muito fina, a solução aquosa penetra e corrói o semicondutor. Se, por outro lado, a camada é muito grossa, evita a corrosão, mas também bloqueia a absorção da luz pelo semicondutor e impede a passagem de elétrons para alcançar o catalisador que impulsiona a reação.

p Na Caltech, os pesquisadores usaram um processo chamado deposição de camada atômica para formar uma camada de dióxido de titânio (TiO2) - um material encontrado na tinta branca e em muitos cremes dentais e protetores solares - em cristais únicos de silício, arsenieto de gálio, ou fosforeto de gálio. O importante é que eles usaram uma forma de TiO2 conhecida como "TiO2 com vazamento" - porque vaza eletricidade. Feito pela primeira vez na década de 1990 como um material que pode ser útil para a construção de chips de computador, óxidos com vazamento foram rejeitados como indesejáveis ​​por causa de seu comportamento de vazamento de carga. Contudo, O TiO2 com vazamento parece ser exatamente o que era necessário para esta aplicação de gerador de combustível solar. Depositado como filme, variando em espessura entre 4 e 143 nanômetros, o TiO2 permaneceu opticamente transparente nos cristais semicondutores - permitindo que eles absorvessem luz - e os protegeu da corrosão, mas permitiu que os elétrons passassem com resistência mínima.

p Além do TiO2, os pesquisadores depositaram "ilhas" de 100 nanômetros de espessura, material de óxido de níquel barato que catalisou com sucesso a oxidação da água para formar oxigênio molecular.

p O trabalho parece agora fazer uma série de escolhas disponíveis como possíveis materiais de absorção de luz para o lado da oxidação da equação de divisão da água. Contudo, os pesquisadores enfatizam, ainda não se sabe se o revestimento protetor funcionaria bem se aplicado com um produto barato, técnica de aplicação menos controlada, como pintar ou pulverizar o TiO2 em um semicondutor. Também, até agora, a equipe Caltech testou apenas os semicondutores revestidos por algumas centenas de horas de iluminação contínua.

p “Isso já é um recorde em termos de eficiência e estabilidade para este campo, mas ainda não sabemos se o sistema falhará a longo prazo e estamos tentando garantir que façamos algo que vai durar anos em grandes áreas, ao invés de semanas, "diz Lewis." Esse é o próximo passo. "