Uma equipe da UPC e do Instituto Catalão de Nanociência e Nanotecnologia (ICN2) projetou um fotocatalisador eficiente e estável, capaz de produzir hidrogênio diretamente usando a luz solar. Os resultados são publicados na revista Nature Communications .



O hidrogénio é essencial para essa transição energética, desde que seja produzido a partir de fontes renováveis ​​(hidrogénio verde). Há muito se sabe que os elétrons em alguns semicondutores podem participar de reações químicas quando iluminados pela luz solar.

É o caso do dióxido de titânio, material barato e inofensivo, muito utilizado como pigmento branco em tintas, plásticos, papéis, tintas e cosméticos. Os elétrons excitados no dióxido de titânio são capazes de gerar hidrogênio a partir dos prótons da água e dos compostos orgânicos. No entanto, a produção de hidrogénio é muito baixa porque os electrões tendem a relaxar em vez de reagir, pelo que a eficiência do processo é demasiado baixa do ponto de vista prático.

Essa limitação pode ser superada colocando o dióxido de titânio em contato com nanopartículas metálicas, que atuam como filtros de elétrons, prolongando a vida dos elétrons em estado excitado para que possam reagir e produzir hidrogênio. Isso nos permite alcançar rendimentos centenas de vezes maiores.

Este estudo é um passo em frente para a produção sustentável de hidrogénio. Foi liderado pelo pesquisador Ramón y Cajal Lluís Soler e pelo professor Jordi Llorca do grupo de pesquisa ENCORE-NEMEN do Departamento de Engenharia Química e do Instituto de Tecnologias Energéticas da Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech (UPC). Também fazem parte do Centro Específico de Pesquisas em Hidrogênio (CER-H2).

Usando um processo mecanoquímico, os pesquisadores depositaram aglomerados metálicos em nanopartículas de dióxido de titânio de diversas morfologias e descobriram que as diferentes faces cristalográficas expostas do dióxido de titânio também desempenham um papel fundamental na produção de hidrogênio. Tanto a estabilidade dos fotocatalisadores quanto a força da transferência de elétrons entre o semicondutor e as nanopartículas metálicas estão fortemente relacionadas às faces expostas do semicondutor, que são responsáveis ​​pela mobilidade e agregação dos átomos.

Os resultados são claros. Quando aglomerados de platina são depositados em nanopartículas octaédricas de dióxido de titânio, obtém-se um fotocatalisador que produz maiores quantidades de hidrogênio e, mais importante, é muito mais estável do que qualquer outra combinação. O estudo é um exemplo notável de como a nanotecnologia pode ser aplicada para projetar novos dispositivos no campo da energia.

Para entender os resultados, o pesquisador Ramón y Cajal Claudio Cazorla, do Departamento de Física da UPC, realizou cálculos de mecânica quântica para estudar a estrutura eletrônica dos fotocatalisadores, que foram comparados com os resultados da espectroscopia de fotoelétrons de raios X obtidos no Centro de Pesquisas da UPC. em Ciência e Engenharia Multiescala. O centro está localizado no Campus Diagonal-Besòs, assim como a Escola de Engenharia Leste de Barcelona (EEBE), onde os pesquisadores também lecionam.

Os resultados desta investigação permitirão a concepção de novos catalisadores para a produção eficiente e sustentável de hidrogénio verde. Já estão em andamento trabalhos nas UPC's do Centro Específico de Pesquisa de Hidrogênio para colocar em prática esses resultados.

Mais informações: Yufen Chen et al, TiO2 projetado pela Facet impulsiona a atividade fotocatalítica e a estabilidade de aglomerados de metais nobres suportados durante a evolução do H2, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41976-2
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