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Meio ambiente

Grafeno com nitrogênio dá resultado duplamente verde

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/08/2013

Fixação de nitrogênio no grafeno dá resultado duplamente verde
"Moendo a seco o grafite com N2, no interior de um moinho de bolas, descobrimos uma técnica simples, mas versátil, escalável e ambientalmente amigável para a fixação direta de N2 nas bordas de nanoplaquetas de grafeno."
[Imagem: UNIST]

A fixação de nitrogênio não é importante apenas para as plantas, mesmo que isso possa representar uma oportunidade para fazer uma revolução na agricultura.

Uma ligação carbono-nitrogênio (C-N) no local adequado pode ser valiosa a ponto de viabilizar a construção de células solares orgânicas de alta eficiência e substituir a platina em células a combustível.

O problema é que isso não é fácil de fazer.

Ligação Carbono-Nitrogênio

"O nitrogênio é o componente mais abundante no ar, e é um gás diatômico inerte, enquanto o grafite é a forma mais termodinamicamente estável dos alótropos de carbono," explica o professor Jong-Beom Baek, da Universidade Nacional de Ciência e Tecnologia da Coreia do Sul.

"É um desafio extremo fazer a ligação C-N partindo diretamente do grafite e do nitrogênio," completa o pesquisador.

Um desafio não tão extremo assim, pelo menos considerando a forma que Baek usou para vencê-lo.

Ele colocou grafite e injetou um pouco de nitrogênio no interior de um moinho de bolas, um triturador formado por um cilindro giratório cheio com as coisas que se quer moer e com as "bolas", geralmente esferas de aço ou outro material muito duro.

Usando essa síntese mecanoquímica, Baek observou que o grafite é esfarelado em folhas de grafeno, mas sai na forma de folhas cheias de átomos de nitrogênio em suas bordas.

"Moendo a seco o grafite com N2, no interior de um moinho de bolas, descobrimos uma técnica simples, mas versátil, escalável e ambientalmente amigável para a fixação direta de N2 nas bordas de nanoplaquetas de grafeno," disse Baek.

Química e energia verdes

Assim, a equipe descobriu uma nova forma de fixação do nitrogênio, e justamente em um material - o grafeno - que permite a exploração da ligação C-N em várias aplicações de interesse tecnológico, sobretudo nas fontes alternativas de energia, como as células solares e as células de combustível a hidrogênio.

Na verdade, o próprio processo é um passo importante rumo à "química verde", formas mais amenas e menos intensivas em energia para produzir compostos químicos - hoje, a fixação do nitrogênio é feita pelo processo Harber-Bosch, que exige pressões de 200 atmosferas e temperaturas de 400º C.

Os primeiros testes do grafeno com nitrogênio foram animadores.

"As nanoplaquetas de grafeno com bordas nitrogenadas são processáveis em solução, com um desempenho catalítico fenomenal tanto em células solares sensibilizadas por corante (DSC) quanto em células a combustível, substituindo os catalisadores convencionais à base de platina," concluiu a equipe.

Bibliografia:

Artigo: Direct nitrogen fixation at the edges of graphene nanoplatelets as efficient electrocatalysts for energy conversion
Autores: In-Yup Jeon, Hyun-Jung Choi, Myung Jong Ju, In Taek Choi, Kimin Lim, Jaejung Ko, Hwan Kyu Kim, Jae Cheon Kim, Jae-Joon Lee, Dongbin Shin, Sun-Min Jung, Jeong-Min Seo, Min-Jung Kim, Noejung Park, Liming Dai, Jong-Beom Baek
Revista: Nature Scientific Reports
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/srep02260






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