A cúrcuma, uma especiaria encontrada na maioria das cozinhas, tem um extrato que pode levar a células de combustível mais seguras e eficientes.
Pesquisadores do Clemson Nanomaterias Institute (CNI) e seus colaboradores do Sri Sathya Sai Institute of Higher Learning (SSSIHL) na Índia descobriram uma nova maneira de combinar curcumina – a substância da cúrcuma – e nanopartículas de ouro para criar um eletrodo que requer 100 vezes menos energia para converter eficientemente o etanol em eletricidade.

Embora a equipe de pesquisa deva fazer mais testes, a descoberta aproxima a substituição do hidrogênio como matéria-prima para células de combustível.

"De todos os catalisadores para a oxidação do álcool em meio alcalino, o que preparamos é o melhor até agora", disse Apparao Rao, diretor fundador da CNI e professor de física R. A. Bowen na Faculdade de Ciências.

As células de combustível geram eletricidade através de uma reação química em vez de combustão. Eles são usados ​​para alimentar veículos, edifícios, dispositivos eletrônicos portáteis e sistemas de energia de backup.

As células de combustível de hidrogênio são altamente eficientes e não produzem gases de efeito estufa. Embora o hidrogênio seja o elemento químico mais comum no universo, ele deve ser derivado de substâncias como gás natural e combustíveis fósseis porque ocorre naturalmente na Terra apenas na forma composta com outros elementos em líquidos, gases ou sólidos. A extração necessária aumenta o custo e o impacto ambiental das células de combustível de hidrogênio.

Além disso, o hidrogênio usado em células de combustível é um gás comprimido, criando desafios para armazenamento e transporte. O etanol, um álcool feito de milho ou outros alimentos agrícolas, é mais seguro e mais fácil de transportar do que o hidrogênio porque é um líquido.

“Para torná-lo um produto comercial onde podemos encher nossos tanques com etanol, os eletrodos precisam ser altamente eficientes”, disse Lakshman Ventrapragada, ex-aluno de Rao que trabalhou como assistente de pesquisa na CNI e é ex-aluno da SSSIHL. "Ao mesmo tempo, não queremos eletrodos muito caros ou substratos poliméricos sintéticos que não sejam ecologicamente corretos porque isso anula todo o propósito. Queríamos olhar para algo verde para o processo de geração de células de combustível e tornar a própria célula de combustível ."

Os pesquisadores se concentraram no ânodo da célula de combustível, onde o etanol ou outra fonte de alimentação é oxidado.

As células de combustível usam amplamente a platina como catalisador. Mas a platina sofre envenenamento por causa de intermediários de reação, como o monóxido de carbono, disse Ventrapragada. Também é caro.

Os pesquisadores usaram o ouro como catalisador. Em vez de usar polímeros condutores, estruturas metal-orgânicas ou outros materiais complexos para depositar o ouro na superfície do eletrodo, os pesquisadores usaram a curcumina devido à sua singularidade estrutural. A curcumina é usada para decorar as nanopartículas de ouro para estabilizá-las, formando uma rede porosa ao redor das nanopartículas. Os pesquisadores depositaram a nanopartícula de ouro de curcumina na superfície do eletrodo a uma corrente elétrica 100 vezes menor do que em estudos anteriores.

Sem o revestimento de curcumina, as nanopartículas de ouro se aglomeram, reduzindo a área da superfície exposta à reação química, disse Ventrapragada.

"Sem esse revestimento de curcumina, o desempenho é ruim", disse Rao. “Precisamos desse revestimento para estabilizar e criar um ambiente poroso ao redor das nanopartículas, e então eles fazem um super trabalho com a oxidação do álcool.

"Há um grande impulso na indústria para a oxidação do álcool. Esta descoberta é um excelente facilitador para isso. O próximo passo é ampliar o processo e trabalhar com um colaborador industrial que pode realmente fazer as células de combustível e construir pilhas de células de combustível para a aplicação real", continuou ele.

Mas a pesquisa pode ter implicações mais amplas do que células de combustível aprimoradas. As propriedades únicas do eletrodo podem se prestar a futuras aplicações em sensores, supercapacitores e muito mais, disse Ventrapragada.

Em colaboração com a equipe de pesquisa do SSSIHL, a equipe de Rao está testando o eletrodo como um sensor que pode ajudar a identificar mudanças no nível de dopamina. A dopamina tem sido implicada em distúrbios como a doença de Parkinson e o transtorno de déficit de atenção e hiperatividade. Quando os membros da equipe de pesquisa testaram amostras de urina obtidas de voluntários saudáveis, eles puderam medir a dopamina até a faixa clínica aprovada com este eletrodo usando um método econômico em comparação com os padrões usados ​​hoje, disse Rao.

"Nos estágios iniciais do projeto, não imaginávamos outras aplicações que a curcumina revestida de ouro pudesse suportar. No entanto, antes do final dos experimentos de oxidação do álcool, estávamos bastante confiantes de que outras aplicações são possíveis", disse Ventrapragada. “Embora não tenhamos uma compreensão completa do que está acontecendo no nível atômico, sabemos com certeza que a curcumina está estabilizando as nanopartículas de ouro de uma maneira que pode se prestar a outras aplicações”.

A revista Nano Energy publicou as descobertas em um artigo intitulado "Síntese verde de um novo nanocompósito de ouro-curcumina poroso para oxidação de álcool supereficiente". + Explorar mais

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