p Uma tarde, Mohammad Islam, da Carnegie Mellon University Ciência e Engenharia de Materiais (MSE), entrou no escritório do colega Paul Salvador e perguntou qual era o maior problema da fotocatálise que ele gostaria de ser capaz de resolver. Resposta de Salvador:Ele gostaria de determinar como as reações de oxidação e redução na fotocatálise poderiam ser separadas em canais distintos para aumentar o desempenho. p Um fotocatalisador, que usa energia da luz para acelerar uma reação, normalmente facilita duas reações:uma reação de oxidação e uma reação de redução. Eles são usados ​​na geração de hidrogênio, em remediar a bioincrustação ambiental, e potencialmente para matar bactérias resistentes a medicamentos.

p "Estamos fazendo nanotubos de carbono abertos, "respondeu o Islã, professor pesquisador da MSE, "Então, que tal colocarmos o fotocatalisador na parte externa e o cocatalisador na parte interna de cada nanotubo?"

p Salvador, professor de MSE, disse que achava que era uma solução elegante - mas seria possível?

p Assim foi formada uma equipe incluindo o Islã, Salvador, e o professor do MSE e chefe de departamento Greg Rohrer, com Ph.D. estudante Hang-Ah Park, aluno de mestrado Siyuan Liu, e o ex-pós-doutorado Youngseok Oh (atualmente um cientista sênior do Instituto Coreano de Ciência de Materiais). Recentemente, a equipe publicou um artigo sobre sua nova abordagem para otimizar fotocatalisadores. Como muitos projetos de pesquisa da Carnegie Mellon, o projeto começou com um problema que só poderia ser resolvido por meio de colaboração.

p O desafio:fotocatalisadores precisam ser baratos, eficiente, e amigo do ambiente. Embora os fotocatalisadores atuais possam ser baratos, eles têm alta toxicidade ou não têm um bom desempenho.

p Em um fotocatalisador, tanto a reação de oxidação quanto a reação de redução precisam ser otimizadas, assim como o espaço entre essas reações. Tipicamente, um fotocatalisador que é bom em realizar um tipo de reação (como oxidação) tem um cocatalisador adicionado a ele que é bom em realizar a reação oposta (redução). Embora isso ajude na otimização, as reações não são inteiramente separadas, e portanto, produtos como hidrogênio e oxigênio são gerados no mesmo espaço.

p "Imagine que você tem uma esfera do tamanho de um micrômetro conhecida por ser boa em oxidação, e você adiciona nele pequenos hemisférios co-catalisadores conhecidos por serem bons na redução (normalmente 10 nanômetros), "diz Rohrer." Mesmo que as reações sejam tecnicamente separadas, eles ainda estão ocorrendo nas proximidades, o que diminui o desempenho do fotocatalisador. Então, nós os colocamos em canais completamente diferentes. "

p O que torna seu trabalho novo não é a separação completa dos canais, que é bem conhecido em células fotoeletroquímicas padrão (PECs), mas que eles trouxeram um PEC para a nanoescala, desenvolveram matrizes maciçamente paralelas desses PECs em nanoescala, e manteve a separação completa.

p "É uma ideia muito simples, "diz Salvador." Muitos de nós fizemos experiências de laboratório no ensino médio ou na faculdade usando PECs tradicionais, que separa os produtos em dois copos grandes. Pegamos aquele enorme PEC do laboratório de química e o trouxemos para a nanoescala, e então fabricamos milhares deles que operam em paralelo. Nesse processo, encontramos alguns novos comportamentos de materiais fundamentais interessantes, incluindo alta atividade na luz visível, e vimos um desempenho fenomenal com muitos aplicativos. "

p Uma grande aplicação de fotocatalisadores é na remediação de bioincrustação ambiental, ou removendo organismos como cracas e algas de superfícies como canos. Outra aplicação é matar bactérias resistentes a medicamentos. Muitos hospitais, por exemplo, use tintas carregadas com titânia e irradiadas com luz ultravioleta para desinfetar paredes ou outras superfícies. Mas com o novo método fotocatalítico, eles podem usar luz visível, o que é muito mais seguro. Finalmente, durante a geração de hidrogênio, seus fotocatalisadores suprimem a mistura de gases do produto, um avanço importante.

p "A questão agora é, por que está indo muito melhor? ", diz Islam." Por que ele se tornou fotoativo na luz visível quando estou fazendo isso com nanotubos de carbono e titânio? Quais são os parâmetros que podemos ajustar para torná-lo melhor? Essa é a direção que estamos indo. "