p Parceiros da Graphene Flagship da Universidade de Bolonha, Politecnico di Milano, CNR, NINHO, Italcementi HeidelbergCement Group, o Instituto de Tecnologia de Israel, Universidade de Tecnologia de Eindhoven, e a Universidade de Cambridge desenvolveram um fotocatalisador de grafeno-titânia que degrada até 70% mais óxidos de nitrogênio atmosférico (NO _x ) do que as nanopartículas de titânia padrão em testes com poluentes reais. p A poluição atmosférica é um problema crescente, particularmente em áreas urbanas e em países menos desenvolvidos. De acordo com a Organização Mundial da Saúde, uma em cada nove mortes pode ser atribuída a doenças causadas pela poluição do ar. Poluentes orgânicos, como óxidos de nitrogênio e compostos voláteis, são a principal causa disso, e são emitidos principalmente por escapamentos de veículos e pela indústria.

p Para resolver o problema, pesquisadores estão continuamente em busca de novas maneiras de remover mais poluentes da atmosfera, e fotocatalisadores como titânia são uma ótima maneira de fazer isso. Quando a titânia é exposta à luz solar, ele degrada os óxidos de nitrogênio - que são muito prejudiciais à saúde humana - e os compostos orgânicos voláteis presentes na superfície, oxidando-os em produtos inertes ou inofensivos.

p Agora, a equipe da Graphene Flagship trabalhando em revestimentos fotocatalíticos, coordenado por Italcementi, HeidelbergCement Group, Itália, desenvolveu um novo composto de grafeno-titânia com propriedades de fotodegradação significativamente mais poderosas do que a titânia pura. "Atendemos à chamada da Flagship e decidimos acoplar o grafeno ao fotocatalisador mais usado, titânia, para aumentar a ação fotocatalítica, "comenta Marco Goisis, o coordenador de pesquisa da Italcementi. "A fotocatálise é uma das formas mais poderosas que temos para despoluir o meio ambiente, porque o processo não consome os fotocatalisadores. É uma reação ativada pela luz solar, " ele continua.

p Ao realizar a esfoliação em fase líquida de grafite - um processo que cria grafeno - na presença de nanopartículas de titânia, usando apenas água e pressão atmosférica, eles criaram um novo nanocompósito de grafeno-titânia que pode ser revestido na superfície dos materiais para remover passivamente os poluentes do ar. Se o revestimento for aplicado em concreto na rua ou nas paredes de edifícios, os produtos de fotodegradação inofensivos podem ser levados pela chuva ou vento, ou limpo manualmente.

p Para medir os efeitos de fotodegradação, a equipe testou o novo fotocatalisador contra NOx e registrou uma melhoria sólida na degradação fotocatalítica de óxidos de nitrogênio em comparação com o titânia padrão. Eles também usaram rodamina B como modelo para poluentes orgânicos voláteis, já que sua estrutura molecular se assemelha muito à dos poluentes emitidos por veículos, indústria e agricultura. Eles descobriram que 40% mais rodamina B foi degradada pelo composto grafeno-titânia do que apenas pela titânia, em água sob irradiação UV.

p "O acoplamento de grafeno a titânia nos deu excelentes resultados na forma de pó - e pode ser aplicado a diferentes materiais, do qual o concreto é um bom exemplo de uso generalizado, ajudando-nos a alcançar um ambiente mais saudável. É de baixa manutenção e ecologicamente correto, pois requer apenas a energia do sol e nenhuma outra entrada, "Diz Goisis. Mas há desafios a serem enfrentados antes que isso possa ser usado em escala comercial. Métodos mais baratos para produzir grafeno em massa são necessários. As interações entre o catalisador e o material hospedeiro precisam ser aprofundadas, bem como estudos no longo prazo -estabilidade do fotocatalisador no ambiente externo.

p Medições de espectroscopia de absorção transiente ultrarrápida revelaram um processo de transferência de elétrons de titânia para os flocos de grafeno, diminuindo a taxa de recombinação de carga e aumentando a eficiência da fotoprodução de espécies reativas - o que significa que mais moléculas poluentes podem ser degradadas.

p Xinliang Feng, Líder do pacote de trabalho emblemático de grafeno para espumas e revestimentos funcionais, explica:"Fotocatálise em uma matriz cimentícia, aplicado a edifícios, poderia ter um grande efeito na redução da poluição do ar, reduzindo o NOx e permitindo a autolimpeza das superfícies - o chamado efeito "devorador de fumaça". O grafeno pode ajudar a melhorar o comportamento fotocatalítico de catalisadores como o titânia e aumentar as propriedades mecânicas do cimento. Nesta publicação, Os parceiros da Graphene Flagship prepararam um composto de grafeno-titânia por meio de um procedimento de uma etapa para ampliar e melhorar a invenção inovadora do cimento "comedor de fumaça". O compósito preparado mostrou atividade fotocatalítica aumentada, degradando até 40% mais poluentes do que a titânia intocada no estudo modelo, e até 70% mais NOx com um procedimento semelhante. Além disso, o mecanismo subjacente a esta melhoria foi brevemente estudado usando espectroscopia de absorção transiente ultra-rápida. "

p Enrico Borgarello, Diretor de Inovação de Produto Global da Italcementi, parte do HeidelbergCement Group, um dos maiores produtores mundiais de cimento, comentários:"A integração do grafeno na titânia para criar um novo nanocompósito foi um sucesso. O nanocompósito mostrou uma forte melhoria na degradação fotocatalítica do NOx atmosférico, aumentando a ação da titânia. Este é um resultado muito significativo, e esperamos a implementação do nanocompósito fotocatalítico para uma melhor qualidade do ar em um futuro próximo. "

p As razões para incorporar o grafeno ao concreto não param por aqui. Italcementi também está trabalhando em outro produto - um composto de concreto de grafeno eletricamente condutor, que foi apresentado no Mobile World Congress em fevereiro deste ano. Quando incluído como uma camada no piso, pode liberar calor quando uma corrente elétrica passa por ele. Comenta Goisis:"Você poderia aquecer seu quarto, ou o pavimento, sem usar água de tanque ou caldeira. Isso abre a porta para a inovação para as cidades inteligentes do futuro, especialmente para o concreto autossensível, "que poderia detectar tensões ou deformações em estruturas de concreto e monitorar defeitos estruturais, fornecer sinais de alerta se a integridade estrutural estiver perto de falhar.

p Andrea C. Ferrari, Diretor de Ciência e Tecnologia da Nave Grafeno e Presidente de seu Painel de Gestão, acrescenta:"Um número cada vez maior de empresas agora são parceiras, ou membros associados do Graphene Flagship, uma vez que reconhecem o potencial para tecnologias novas e aprimoradas. Nesse trabalho, Italcementi, líder na Itália na área de materiais de construção, demonstrou uma aplicação clara do grafeno para a degradação de poluentes ambientais. Isso não pode ter apenas benefícios comerciais, mas, mais importante, benefício da sociedade, resultando em um ambiente mais limpo e saudável. "