Nanopartículas de ouro quimicamente guiadas dentro do ponto quente de uma nanoantena de gravata borboleta de ouro maior. Crédito:Imperial College London
Usando a luz do sol para conduzir reações químicas, como a fotossíntese artificial, em breve poderá se tornar muito mais eficiente graças aos nanomateriais.
Esta é a conclusão de um estudo publicado hoje liderado por pesquisadores do Departamento de Física do Imperial College London, o que poderia ajudar a melhorar as tecnologias de energia solar e ser usado para novas aplicações, como usar a luz do sol para decompor produtos químicos prejudiciais.
A luz solar é usada para conduzir muitos processos químicos que não ocorreriam de outra forma. Por exemplo, dióxido de carbono e água normalmente não reagem, mas no processo de fotossíntese, as plantas usam esses dois produtos químicos e, usando a luz do sol, produzir oxigênio e açúcar.
A eficiência desta reação é muito alta, o que significa que grande parte da energia da luz solar é transferida para a reação química, mas até agora os cientistas não conseguiram imitar esse processo em dispositivos artificiais feitos pelo homem.
Um dos motivos é que muitas moléculas que podem sofrer reações químicas com a luz não absorvem a luz com eficiência. Eles dependem de fotocatalisadores - materiais que absorvem a luz com eficiência e, em seguida, passam a energia para as moléculas para conduzir as reações.
No novo estudo, pesquisadores investigaram um material fotocatalisador artificial usando nanopartículas e descobriram como torná-lo mais eficiente.
Isso pode levar a melhores painéis solares, já que a energia do Sol poderia ser colhida com mais eficiência. O fotocatalisador também pode ser usado para destruir poluentes líquidos ou gasosos, como pesticidas na água, aproveitando a luz solar para gerar reações que decompõem os produtos químicos em formas menos prejudiciais.
O autor principal, Dr. Emiliano Cortés, do Departamento de Física do Imperial, disse:"Esta descoberta abre novas oportunidades para aumentar a eficiência do uso e armazenamento da luz solar em várias tecnologias.
"Ao usar esses materiais, podemos revolucionar nossos recursos atuais de armazenamento e uso da luz solar com implicações importantes na conversão de energia, bem como novos usos, como destruição de moléculas ou gases poluentes e limpeza de água, entre outros."
O material que a equipe investigou é feito de nanopartículas de metal - partículas de apenas bilionésimos de metro de diâmetro. Seus resultados são publicados hoje no Journal Nature Communications .
O time, que incluiu pesquisadores do Departamento de Química da Universidade de Duisburg-Essen, na Alemanha, liderados pelo Professor Sebastian Schlücker e teóricos do Rensselaer Polytechnic Institute e da Harvard University nos EUA, mostraram que reações químicas induzidas pela luz ocorrem em certas regiões sobre a superfície desses nanomateriais.
Eles identificaram quais áreas do nanomaterial seriam mais adequadas para transferir energia para reações químicas, rastreando a localização de nanopartículas de ouro muito pequenas (usadas como marcadores) na superfície do material nanocatalítico de prata.
Agora que eles sabem quais regiões são responsáveis pelo processo de coleta de luz e sua transferência para reações químicas, a equipe espera ser capaz de projetar o nanomaterial para aumentar essas áreas e torná-lo mais eficiente.
O principal pesquisador, Professor Stefan Maier, disse:"Esta é uma demonstração poderosa de como as nanoestruturas metálicas, que investigamos em meu grupo no Imperial nos últimos 10 anos, continuam a nos surpreender em suas habilidades de controlar a luz em nanoescala.
"A nova descoberta descoberta pelo Dr. Cortés e seus colaboradores na Alemanha e nos Estados Unidos abre novas possibilidades para este campo nas áreas de fotocatálise e nanoquímica."