Energia

Catalisadores baratos produzem hidrogênio solar da água do mar

Catalisadores baratos produzem hidrogênio solar da água do mar
O cenário mais promissor para a Economia do Hidrogênio envolve produzir o combustível limpo a partir da água do mar usando energia solar.[Imagem: University of Central Florida]

Hidrogênio solar

A outrora tão apregoada Economia do Hidrogênio entrou em uma recessão precoce quando os cientistas se deram conta de que os desafios a serem vencidos eram mais sérios do que eles estimaram a princípio.

Nos últimos meses, porém, uma série de progressos experimentais vem reacendendo a esperança de um combustível limpo, que poderia substituir o petróleo em todo o setor de transportes e de geração de eletricidade.

Entre esses progressos estão a geração de hidrogênio com energia solar com mais de 100% de eficiência, a produção de hidrogênio usando alumínio e água e um catalisador duplo que gera hidrogênio de um lado e oxigênio do outro.

Nesta semana, duas novidades envolvem a geração de "hidrogênio solar" - a produção de hidrogênio usando a energia solar - dispensando os catalisadores à base de metais nobres, como a platina, o paládio ou o ródio.

Hidrogênio da água do mar

Uma equipe da Universidade da Flórida, nos EUA, sintetizou um nanomaterial híbrido de baixo custo que produz hidrogênio quando abastecido com água do mar e colocado sob a luz do Sol.

Minúsculas nanocavidades foram escavadas na superfície de uma película de dióxido de titânio, que é o fotocatalisador mais conhecido. Mas tudo melhorou muito quando as nanocavidades foram revestidas com dissulfeto de molibdênio, ou molibdenita, um material bidimensional com uma única camada atômica de espessura.

O material apresentou três vantagens principais: (1) resiste ao ambiente corrosivo da água marinha; (2) absorve uma largura de banda maior da luz solar e, por decorrência (3) opera com o dobro da eficiência dos fotocatalisadores conhecidos.

"Nós abrimos uma nova janela para a quebra molecular da água real, não apenas de água purificada em laboratório," disse o professor Yang Yang.

Fotocatalisador de carbono

Mingshan Zhu, da Universidade de Osaka, no Japão, trabalhou com um material ainda mais barato para obter o hidrogênio a partir da água, igualmente usando energia solar.

Ele combinou nitreto de carbono grafítico e fósforo negro para compor um novo fotocatalisador totalmente isento de metais.

"Nós ficamos muito felizes ao ver uma boa quantidade de hidrogênio produzida a partir da água usando o nosso novo fotocatalisador composto com nitreto de carbono grafítico e fósforo negro. Mas o que não esperávamos era que, mesmo quando usamos luz de baixa energia, no infravermelho próximo, o fotocatalisador continuasse a produzir hidrogênio," disse o professor Tetsuro Majima.

Como o grafite, o nitreto grafítico de carbono forma folhas grandes, mas suas placas também possuem furos que podem interagir com as moléculas de hidrogênio. Até agora, fotocatalisadores à base de nitreto de carbono precisavam da ajuda de metais preciosos para produzir hidrogênio a partir da água. Os pesquisadores japoneses descobriram que esses metais do grupo da platina podem ser substituídos por um tipo de fósforo, que é um elemento amplamente abundante e barato.

Eles demonstraram que seu fotocatalisador é eficaz para produzir hidrogênio a partir da água usando luz de vários comprimentos de onda - mais surpreendentemente, mesmo a luz infravermelha próxima, de baixa energia, mantém a produção de hidrogênio.

Bibliografia:

MoS2/TiO2 heterostructures as nonmetal plasmonic photocatalysts for highly efficient hydrogen evolution
L. Guo, Z. Yang, K. Marcus, Z. Li, B. Luo, L. Zhou, X. Wang, Y. Du, Y. Yang
Journal of the American Chemical Society
Vol.: 139 (37), pp 13234-13242
DOI: 10.1039/C7EE02464A

Metal-Free Photocatalyst for H2 Evolution in Visible to Near-Infrared Region: Black Phosphorus/Graphitic Carbon Nitride
Mingshan Zhu, Sooyeon Kim, Liang Mao, Mamoru Fujitsuka, Junying Zhang, Xinchen Wang, Tetsuro Majima
Energy & Environmental Science
DOI: 10.1021/jacs.7b08416




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