Este é um avanço na dissociação fotocatalítica da água para a produção de hidrogénio através da "remodelação estrutural" e "substituição de elementos" num material semicondutor, noticiou na terça-feira a agência de notícias estatal chinesa Xinhua.
A produção atual de hidrogénio movido a energia solar depende principalmente de dois métodos: um utiliza painéis solares para gerar eletricidade para a eletrólise da água, o que requer equipamento complexo e dispendioso, enquanto o outro emprega materiais semicondutores como catalisadores para dividir diretamente as moléculas de água sob a luz solar, de acordo com Liu Gang, diretor do Instituto de Investigação de Metais da Academia Chinesa de Ciências e líder da equipa de investigação.
A chave para dividir a água diretamente usando a luz solar está num material chamado dióxido de titânio. Quando exposto à luz solar, funciona como uma central de energia microscópica, gerando pares de eletrões-buraco energizados que decompõem as moléculas de água em hidrogénio e oxigénio, explicou Liu.
No entanto, o dióxido de titânio tradicional tem uma falha crítica: a sua estrutura interna assemelha-se a um labirinto, fazendo com que os eletrões e os buracos ativados colidam aleatoriamente, se recombinem e se aniquilem num milionésimo de segundo.
Além disso, o processo de fabrico a alta temperatura do material provoca frequentemente a perda de átomos de oxigénio, criando "zonas de captura" carregadas positivamente que capturam eletrões.
A equipa de Liu resolveu estes problemas introduzindo escândio, um elemento de terra rara vizinho do titânio na tabela periódica, para reestruturar o material.
Os iões de escândio, semelhantes em tamanho aos iões de titânio, encaixam perfeitamente na rede de dióxido de titânio sem causar distorção estrutural.
A sua valência estável contraria o desequilíbrio de carga causado pelas vacâncias de oxigénio, eliminando as "zonas de armadilha".
Além disso, os átomos de escândio reconstroem a superfície do cristal, criando facetas específicas que atuam como "autoestradas e viadutos eletrónicos", permitindo que os eletrões e os buracos escapem do labirinto de forma eficiente.
Através de um controlo preciso, a equipa de investigação desenvolveu com sucesso um material especializado de dióxido de titânio com um desempenho significativamente melhorado: a sua utilização de luz ultravioleta excedeu os 30%, e a sua eficiência de produção de hidrogénio sob luz solar simulada foi 15 vezes superior à dos materiais de dióxido de titânio anteriormente relatados, estabelecendo um novo recorde, disse Liu.
"Se for utilizado para criar um painel fotocatalítico de um metro quadrado, podem ser produzidos cerca de 10 litros de hidrogénio num dia de luz solar", frisou Liu.
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