Nanocatalisador movido a luz para produzir hidrogênio usando a luz solar

10 de janeiro de 2024

(Notícias do Nanowerk) 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 Natureza das Comunicações(“TiO com engenharia facetada2 impulsiona a atividade fotocatalítica e a estabilidade de aglomerados de metais nobres suportados durante H2 evolução”). Imagem que mostra como as faces cristalográficas expostas de dióxido de titânio e aglomerados de metal podem ser usadas para produzir hidrogênio de forma limpa e sustentável. (Imagem: UPC) O hidrogénio é essencial para a 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. Contudo, 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. Esta limitação pode ser superada colocando o dióxido de titânio em contato com o metal nanopartículas, que atuam como filtros de elétrons, prolongando a vida dos elétrons em estado excitado, para que possam reagir e produzir hidrogênio. Isto permite alcançar rendimentos centenas de vezes superiores. 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. Diagrama mostrando a importância das nanopartículas metálicas e das faces cristalográficas expostas do dióxido de titânio na produção direta de hidrogênio usando a luz solar. (Imagem: UPC) 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. Um exemplo notável de como nanotecnologia pode ser aplicado 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. O estudo também envolveu o estudante de doutorado da UPC, Yufen Chen, e pesquisadores do Instituto Catalão de Nanociência e Nanotecnologia (ICN2).

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• Fonte: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64377.php