Pesquisadores descobrem como capturar todo o espectro da luz solar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/01/2020

É a primeira vez que se cria um coletor-catalisador de molécula única para produzir hidrogênio solar - e, ainda mais, capaz de capturar todo o espectro da luz solar.
[Imagem: Whittemore et al. - 10.1038/s41557-019-0397-4]

Energias limpas

Cientistas desenvolveram pela primeira vez uma única molécula capaz de absorver a luz solar com eficiência e também atuar como um catalisador para transformar a energia solar em hidrogênio, considerado o combustível limpo por excelência porque sua queima só produz água como resíduo.

Esta nova molécula consegue capturar a energia de virtualmente todo o espectro visível da luz solar, o que lhe permite aproveitar mais de 50% mais energia solar do que as células solares atuais.

"A ideia toda é que podemos usar fótons do Sol e transformá-lo em hidrogênio. Para simplificar, estamos capturando a energia da luz solar e armazenando-a em ligações químicas, para que ela possa ser usada posteriormente," disse a professora Claudia Turro, da Universidade Estadual de Ohio, nos EUA.

Ela espera que a descoberta possa oferecer uma rota para ajudar a diminuir o uso dos combustíveis fósseis, migrando para fontes de energia que não contribuam para as mudanças climáticas.

Sem precedentes

A equipe demonstrou, pela primeira vez, que é possível coletar energia de todo o espectro visível da luz solar - incluindo o infravermelho de baixa energia, uma parte do espectro solar difícil de coletar - e transformá-la com rapidez e eficiência em hidrogênio - o chamado "hidrogênio solar".

"O que o faz funcionar é que o sistema é capaz de colocar a molécula em um estado excitado, onde ela absorve o fóton e é capaz de armazenar dois elétrons para produzir hidrogênio," descreveu Turro. "Esse armazenamento de dois elétrons em uma única molécula, derivados de dois fótons, e usá-los juntos para produzir hidrogênio, não tem precedentes".

A maioria das tentativas anteriores de coletar energia solar e transformá-la em hidrogênio se concentrou nos comprimentos de onda de maior energia da luz solar, como os raios ultravioleta, por exemplo. Tentativas anteriores também se basearam em catalisadores construídos a partir de duas ou mais moléculas, que trocam elétrons à medida que produzem combustível a partir da energia solar. Mas perde-se energia na troca, o que torna esses sistemas multimoléculas menos eficientes.

Vitórias e desafios

A equipe de Turro descobriu como fazer um catalisador com apenas uma molécula - uma forma do elemento ródio -, o que significa que se perde menos energia na conversão. E eles descobriram como coletar energia do infravermelho até o ultravioleta, abarcando todo o espectro visível.

O sistema mostrou-se quase 25 vezes mais eficiente com luz infravermelha de baixa energia do que sistemas de molécula única anteriores operando com fótons ultravioleta.

Mas muito trabalho terá que ser feito antes que o catalisador molecular da equipe possa ser usado em aplicações do mundo real. O ródio é um metal do grupo da platina, o que significa que ele é raro e caro. A equipe reconhece isso, e afirma que já está trabalhando não apenas para melhorar a molécula, para que ela produza hidrogênio por um período de tempo mais longo, como também na construção do catalisador a partir de materiais mais baratos.

Bibliografia:

Artigo: Single-chromophore single-molecule photocatalyst for the production of dihydrogen using low-energy light
Autores: T. J. Whittemore, C. Xue, J. Huang, J. C. Gallucci, Claudia Turro
Revista: Nature Chemistry

DOI: 10.1038/s41557-019-0397-4                                                                                                                        CP2