Material fototérmico dessaliniza água usando apenas energia solar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/05/2025

Ilustração do efeito (em cima) e, abaixo, seções transversais do material depositado em substratos de silício em temperaturas de 25, 500 e 650 °C.
[Imagem: L. Pichon et al. - 10.1038/s41598-024-82091-6]

Fototermal

Um novo material fototérmico à base de titânio converte a luz solar em calor com uma eficiência incomparável.

A tecnologia para converter energia solar em energia térmica, como também seu inverso, a conversão termossolar, estão em constante evolução porque há inúmeras aplicações para ambas.

Loick Pichon e colegas do Instituto Nacional de Pesquisas Científicas do Canadá foram buscar um novo candidato a conversor fototermal no campo dos fotocatalisadores, que usam a luz para facilitar reações químicas.

São os chamados óxidos de titânio estequiométricos ou, mais especificamente, em formas subestequiométricas desse material, caracterizadas por uma ligeira deficiência de átomos de oxigênio. Conhecidas como fases Magnéli, essas formas têm composições químicas específicas e, portanto, propriedades distintas, incluindo propriedades elétricas, químicas e catalíticas.

"Tradicionalmente, o Ti₄O₇ tem sido sintetizado na forma de pó usando métodos de redução térmica. Essa abordagem impede a obtenção da fase pura do material, dificultando o controle de sua composição, morfologia e nanoestrutura," contou Pichon.

O truque consistiu em usar uma técnica conhecida como pulverização catódica por magnetron (ou plasma RF-magnetron), comumente usado na indústria de semicondutores para depositar filmes finos do óxido de titânio. Pela primeira vez, a técnica permitiu produzir películas finas do material, que podem ser aplicadas na forma de revestimento - até agora, só se produziam pelotas muito compactadas.

"O revestimento de Ti₄O₇ depositado por esse método, filmes com algumas centenas de nanômetros de espessura, muda completamente as propriedades da superfície do substrato, que pode variar em tamanho ou composição do material, variando de placas de metal a pastilhas de silício ou placas de vidro," explicou o professor El Khakani, coordenador da equipe.

O rendimento é recorde.
[Imagem: L. Pichon et al. - 10.1038/s41598-024-82091-6]

Eficiência inédita

Os filmes de Ti₄O₇ fabricados pela equipe apresentaram a maior absorção óptica em uma ampla faixa de comprimentos de onda (200-1500 nm). A luz solar absorvida é convertida em calor de modo muito eficiente, elevando a temperatura dos filmes em até 54 °C.

Ou seja, a eficiência fototérmica externa dos filmes alcançou 74%, o maior valor relatado até hoje.

Com este rendimento inédito e com a possibilidade de deposição controlada dos filmes finos sobre diferentes substratos, abrem-se as portas para inúmeras aplicações, da conversão de energia solar em calor à produção de hidrogênio e de compostos químicos como a amônia, graças às capacidades catalíticas do material, e até a dessalinização de água.

"A capacidade de criar revestimentos fototérmicos finos em superfícies de tamanho razoável é particularmente promissora para a dessalinização passiva em aplicações de nicho, usando apenas luz solar direta e não exigindo entrada de energia elétrica externa, ao contrário do processo de osmose reversa comumente usado," acrescentou o professor El Khakani.

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