MADRID 8 abr. (EUROPA PRESS) -
Pesquisadores chineses afirmam ter melhorado significativamente a eficiência da conversão de água em energia limpa de hidrogênio usando a luz solar.
Trata-se de um avanço na dissociação fotocatalítica da água para a produção de hidrogênio por meio da "remodelação estrutural" e da "substituição de elementos" em um material semicondutor, citado pela Xinhua.
A produção atual de hidrogênio movido a energia solar baseia-se principalmente em dois métodos: um usa painéis solares para gerar eletricidade para a eletrólise da água, o que exige equipamentos complexos e caros, enquanto o outro usa materiais semicondutores como catalisadores para dividir diretamente as moléculas de água sob a luz do sol, de acordo com Liu Gang, diretor do Instituto de Pesquisa de Metais da Academia Chinesa de Ciências e líder da equipe de pesquisa.
A chave para dividir a água diretamente sob a luz do sol está em um material chamado dióxido de titânio. Quando exposto à luz solar, ele funciona como uma usina de energia microscópica, gerando pares de elétrons e buracos energizados que quebram as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio, explicou Liu.
Entretanto, o dióxido de titânio tradicional tem uma falha crítica: sua estrutura interna se assemelha a um labirinto, fazendo com que os elétrons e buracos energizados colidam, recombinem e aniquilem aleatoriamente em um milionésimo de segundo. Além disso, o processo de fabricação do material em alta temperatura geralmente resulta na perda de átomos de oxigênio, criando "zonas de armadilha" carregadas positivamente que capturam os elétrons.
A equipe de Liu resolveu esses problemas introduzindo escândio, um elemento de terra rara próximo ao titânio na tabela periódica, para reestruturar o material.
Os íons de escândio, de tamanho semelhante ao dos íons de titânio, encaixam-se perfeitamente na estrutura do dióxido de titânio sem causar distorção estrutural. Sua valência estável neutraliza o desequilíbrio de carga causado pelas lacunas de oxigênio, eliminando as "zonas de armadilha". Além disso, os átomos de escândio reconstroem a superfície do cristal, criando facetas específicas que atuam como "rodovias e viadutos eletrônicos", permitindo que elétrons e buracos escapem do labirinto com eficiência.
Por meio de um controle preciso, a equipe de pesquisa desenvolveu com sucesso um material especializado de dióxido de titânio com desempenho significativamente melhor: seu aproveitamento de luz ultravioleta excedeu 30% e sua eficiência de produção de hidrogênio sob luz solar simulada foi 15 vezes maior do que os materiais de dióxido de titânio relatados anteriormente, estabelecendo um novo recorde, disse Liu.
"Se usado para criar um painel de um metro quadrado de material fotocatalítico, cerca de 10 litros de hidrogênio podem ser produzidos em um dia de luz solar", disse Liu.
A conquista foi publicada na última edição do Journal of the American Chemical Society.
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