Por favor, avalie esta postagem
Pesquisadores da Oregon State University criaram um fotocatalisador altamente eficiente que pode produzir hidrogênio rapidamente a partir da luz solar e da água. Este catalisador, desenvolvido por meio de uma combinação de estruturas metal-orgânicas e óxidos metálicos, representa um avanço significativo na produção de energia limpa. Ele promete reduzir as emissões de gases de efeito estufa e fornecer uma alternativa sustentável aos métodos tradicionais de produção de hidrogênio, que dependem de combustíveis fósseis.
Pesquisadores da Universidade Estadual do Oregon desenvolveram um novo fotocatalisador que produz hidrogênio de forma eficiente a partir da luz solar e da água, oferecendo uma alternativa sustentável e potencialmente econômica aos métodos tradicionais de produção de hidrogênio baseados em combustíveis fósseis.
Pesquisadores da Universidade Estadual do Oregon criaram um material com a extraordinária capacidade de transformar luz solar e água em energia limpa.
Uma colaboração liderada por Kyriakos Stylianou, da Faculdade de Ciências da OSU, criou um fotocatalisador que permite a produção de hidrogênio em alta velocidade e alta eficiência, usado em células de combustível para carros, bem como na fabricação de muitos produtos químicos, incluindo amônia, no refino de metais e na fabricação de plásticos.
As descobertas representam uma nova ferramenta potencial para uso contra as emissões de gases de efeito estufa e as mudanças climáticas, disse Stylianou, cuja pesquisa se concentra em materiais cristalinos e porosos conhecidos como estruturas metal-orgânicas, geralmente abreviadas como MOFs. Feitos de íons metálicos carregados positivamente cercados por moléculas orgânicas “linker”, os MOFs têm poros nanométricos e propriedades estruturais ajustáveis. Eles podem ser projetados com uma variedade de componentes que determinam as propriedades do MOF.
Divisão de água via fotocatálise. Crédito: Kyriakos Stylianou
Neste estudo, os pesquisadores usaram um MOF para derivar uma heterojunção de óxido de metal – uma combinação de dois materiais com propriedades complementares – para fazer um catalisador que, quando exposto à luz solar, divide a água em hidrogênio de forma rápida e eficiente. A heterojunção, que eles chamam de RTTA, apresenta óxido de rutênio e óxido de titânio derivados de MOF dopados com enxofre e nitrogênio. Eles testaram vários RTTAs com diferentes quantidades de óxidos e encontraram um vencedor claro.
Insights sobre o processo fotocatalítico
“Entre vários materiais RTTA, o RTTA-1, com o menor teor de óxido de rutênio, exibiu a taxa de produção de hidrogênio mais rápida e um alto rendimento quântico”, disse Stylianou.
Em apenas uma hora, ele observou, um grama de RTTA-1 foi capaz de produzir mais de 10.700 micromoles de hidrogênio. Esse processo utilizou fótons — partículas de luz — a uma taxa impressionante de 10%, o que significa que para cada 100 fótons que atingiram o RTTA-1, 10 contribuíram para a produção de hidrogênio.
“A atividade notável do RTTA-1 é devido aos efeitos sinérgicos das propriedades dos óxidos metálicos e das propriedades de superfície do MOF original que aumentam a transferência de elétrons”, disse Stylianou. “Este estudo destaca o potencial das heterojunções de óxidos metálicos derivadas de MOF como fotocatalisadores para produção prática de hidrogênio, contribuindo para o desenvolvimento de soluções de energia sustentáveis e eficientes.”
Produzir hidrogênio pela divisão da água por meio de um processo catalítico é mais limpo do que o método convencional de derivar hidrogênio do gás natural por meio de um processo de produção de dióxido de carbono conhecido como reforma a vapor de metano.
Os processos catalíticos atuais para produzir hidrogênio a partir da água envolvem eletrocatálise – passando eletricidade pelo catalisador. A sustentabilidade da eletrocatálise depende do uso de energia renovável, e para ser competitiva no mercado a energia tem que ser barata.
Atualmente, a reforma a vapor de metano produz hidrogênio a um custo de cerca de US$ 1,50 por quilo, em comparação com cerca de US$ 5 por quilo do hidrogênio verde.
“A água é uma fonte abundante de hidrogênio, e a fotocatálise oferece um método para aproveitar a energia solar abundante da Terra para a produção de hidrogênio”, disse Stylianou. “O óxido de rutênio não é barato, mas a quantidade usada em nosso fotocatalisador é mínima. Para aplicações industriais, se um catalisador mostra boa estabilidade e reprodutibilidade, o custo dessa pequena quantidade de óxido de rutênio se torna menos importante.”
Referência: “Boosting Photocatalytic Hydrogen Production by MOF-derived Metal Oxide Heterojunctions with a 10.0% Apparent Quantum Yield” por Emmanuel N. Musa, Ankit K. Yadav, Kyle T. Smith, Min Soo Jung, William F. Stickle, Peter Eschbach, Xiulei Ji e Kyriakos Stylianou, 10 de julho de 2024, Angewandte Chemie Edição Internacional.
DOI: 10.1002/anie.202405681
O estudo foi financiado pelo Departamento de Química da OSU, pelo Prêmio de Parceria com a Indústria da Faculdade de Ciências da OSU e por Brian e Marilyn Kleiner.