Imagine a seguinte situação. Você compra um alimento embalado com um filme polimérico que tem a propriedade de manter os insetos afastados. Depois de consumir o alimento, você coloca o filme em água e ele começa a se dissolver. Dezesseis minutos mais tarde, você tem um novo produto: um líquido repelente, pronto para ser borrifado nas suas plantas.

E agora, o processo inverso. Você joga o líquido em moldes e espera alguns dias. Como se fosse mágica, os filmes voltam a se formar espontaneamente. Você pode, então, utilizá-los de novo como embalagens repelentes.

Um material como esse foi recentemente desenvolvido por uma equipe científica da Unicamp, com colaboração da Embrapa, no mestrado em Engenharia Química de Izabella Wyne Inacio Alves Caetano, realizado com a orientação da professora Liliane Maria Ferrareso Lona (Unicamp).

Este vídeo mostra o filme polimérico desenvolvido pela equipe da Unicamp se desmanchando em água e formando uma dispersão coloidal.

Um dos segredos do novo filme é a sua estrutura compartimentada. De fato, à luz de um microscópio eletrônico, é possível observar que o filme contém divisórias. Trata-se de partículas poliméricas esféricas de cerca de 500 nanômetros, as quais carregam uma substância – neste caso, óleo de neem, conhecido pelas suas propriedades inseticidas e repelentes.

As partículas ajudam a preservar o óleo da degradação que a luz geraria. Ao mesmo tempo, permitem a sua liberação em doses controladas, evitando o desperdício. Quando o filme se dissolve, as diminutas partículas passam a ficar dispersas na água, mas elas mantêm a sua funcionalidade.

O avanço da equipe brasileira mostra uma possibilidade de desenvolver produtos que o consumidor pode desmanchar usando apenas água, utilizar em outro contexto e reconstruir sem perder as suas propriedades principais. Ademais, a possibilidade de transformar um líquido em um filme (de menor tamanho e peso) pode ser aproveitada para facilitar o transporte e armazenamento do produto e diminuir os custos envolvidos.

À esquerda, a fotografia e a imagem de microscopia mostram o filme compartimentado (condição seca). À direita, pode ser visto o filme desconstruído em água, formando uma dispersão coloidal contendo nanopartículas (condição aquosa).

O trabalho foi publicado no início deste ano no periódico Advanced Sustainable Systems. Além disso, com a ajuda da Agência de Inovação da Unicamp (Inova), os autores depositaram um pedido de patente sobre os filmes nanocompartimentados em dezembro do ano passado.

“A principal contribuição deste trabalho é a preparação de filmes nanocompartimentados com a possibilidade upcycling (ou seja, reutilização). Assim, a tradicional “economia linear” (descartar após o uso) é direcionada para a “economia circular”, priorizando a sustentabilidade do processo”, diz o pós-doc Filipe Vargas Ferreira, que participou do trabalho e assina o artigo científico como autor correspondente junto à professora Liliane Lona.

Documentos da ONU e da União Europeia sugerem que, até 2030, os filmes poliméricos usados em embalagens sejam fabricados de forma que possam ser reciclados ou reutilizados. Nesse contexto, dizem os autores do paper, a proposta de upcycling apresentada no trabalho constitui uma oportunidade de agregar valor ao produto, uma vez que aumenta a funcionalidade do material e está de acordo com as novas exigências mundiais.

A proposta inicial da pesquisa era preparar um líquido contendo nanopartículas (uma dispersão coloidal) que carregassem compostos naturais com potencial uso no controle de pragas na agricultura. Para sintetizar as nanopartículas, a equipe escolheu uma blenda polimérica comercial chamada ecovio®, a qual se destaca por ser compostável, ou seja, por se transformar em adubo quando, finalmente, é descartada. “Na literatura científica, nunca tinha sido usada uma blenda num processo de encapsulação deste tipo, porque é muito difícil trabalhar com mais de um polímero nessas situações”, relata a professora Liliane. O desafio foi superado pela mestranda Izabella após um ano de trabalho junto à orientadora.

Posteriormente, novas possibilidades de reutilização da dispersão se abriram quando a mestranda verificou que o líquido formava filmes flexíveis ao ficar na bancada do laboratório por alguns dias. “Quando analisamos estes filmes no microscópio de varredura (SEM) percebemos que, durante a secagem, as nanopartículas tinham se auto-organizado formando compartimentos neles”, conta Izabella, que defendeu a dissertação de mestrado sobre este trabalho no ano passado. “A satisfação foi maior ainda quando verificamos que o diâmetro das partículas se mantinha quando o filme retornava para a forma de dispersão coloidal ao acrescentarmos água”, relata a professora Liliane.

O estudo foi financiado, principalmente, pela FAPESP e o CNPq.

Autores do artigo científico. A partir da esquerda: Izabella W. I. A. Caetano, Filipe V. Ferreira, Danilo M. dos Santos, Ivanei F. Pinheiro e Liliane M. F. Lona.

Referência do artigo científico: Water-Dependent Upcycling of Eco-Friendly Multifunctional Nanocompartmentalized Films. Izabella W. I. A. Caetano, Filipe V. Ferreira, Danilo M. dos Santos, Ivanei F. Pinheiro, and Liliane M. F. Lona. Adv. Sustainable Syst. 2023, 2200430. https://doi.org/10.1002/adsu.202200430

Contato dos autores correspondentes: lona@unicamp.br, f102309@dac.unicamp.br.

A paixão pela ciência falou mais alto quando, em 1981, Mônica Alonso Cotta escolheu a graduação em Física da Unicamp mesmo sem conhecer diretamente mulheres que atuassem na área.

Mais tarde, no mestrado e no doutorado, também realizados na Unicamp, ela optou por temas de Física aplicada porque queria que seu trabalho tivesse o maior impacto possível na qualidade de vida das pessoas. Essa escolha, que lhe valeu críticas de físicos que consideravam a ciência aplicada inferior à fundamental, colocou a jovem cientista no caminho da pesquisa interdisciplinar.

O caminho se consolidou no pós-doutorado, realizado no Departamento de Ciência de Materiais dos AT&T Bell Laboratories, onde a pesquisadora trabalhou junto a físicos, químicos e engenheiros no desafio de desenvolver a tecnologia wireless.

Hoje, aos quase 60 anos de idade, Mônica Cotta faz parte do pequeno grupo de mulheres que chegaram ao topo da carreira e ocupam cargos de gestão no meio acadêmico. Desde 2020, ela é presidente da Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais (SBPMat), uma entidade multi e interdisciplinar na sua essência. Desde 2021, ela é diretora do Instituto de Física Gleb Wataghin (Unicamp), a sua alma mater, que é um dos principais centros de pesquisa, ensino e extensão em Física do país. Em ambas as instituições, cabe a Mônica um lugar histórico: o da primeira mulher a ocupar o cargo mais alto. Além disso, ela é professora titular da Unicamp, editora executiva da revista ACS Applied Nano Materials e bolsista de produtividade 1C do CNPq, onde coordena o Comitê de Assessoramento na área de Física e Astronomia.

Quem trabalha com Mônica Cotta sabe que, na sua atuação cotidiana, continuam sempre presentes a busca por melhorar a vida das pessoas por meio da ciência e a preocupação por garantir equidade de gênero no meio científico.

No mês em que se comemora o Dia Internacional das Mulheres e Meninas na Ciência, convidamos a professora Mônica a falar um pouco sobre ser mulher e cientista. Confira!

Boletim da SBPMat: Como foi para você ser uma menina e mais tarde uma mulher na ciência? Compartilhe conosco algumas lembranças sobre as particularidades e dificuldades de ser mulher e cientista.

Mônica Cotta: Eu costumo dizer aos estudantes que já sou muito velha, e muito do que vivi felizmente já não está tão presente na atualidade. Lembro de ser uma menina ‘nerd’, apesar desse termo não existir naquela época. Gostava de ficção científica, tecnologia (o que estava ao meu alcance – achava o máximo a caixa registradora do supermercado, rsrs, pois computadores pessoais só apareceram quando eu entrei na universidade), idolatrava Jacques Costeau (queria fazer oceanografia, mas era bem difícil no Brasil) e por aí afora. Por tudo isso, eu me lembro de não encaixar em nenhum estereótipo feminino daquela época, e isso teve um custo emocional bem grande. Mas meus pais sempre me apoiaram nos estudos. Sou campineira, e para chegar mais próximo da tecnologia possível na minha situação, cursei colégio técnico em processamento de dados e depois entrei na Unicamp em física e computação. Acabei optando por física, porque ciência sempre foi minha paixão. Só que eu gostava de física aplicada, pois sempre quis fazer ciência que pudesse se tornar uma ferramenta para o bem estar social… Isso acabou tornando meu percurso bem ‘acidentado’, com um mestrado em física biomédica e doutorado em ciência de materiais. Se isso me tornou uma ‘não-física’ para muitos de meus colegas, também me deu uma experiência muito grande com o trabalho interdisciplinar e como ‘conversar’ com diferentes áreas. No fundo, o que era uma ‘desvantagem’ acabou virando um grande patrimônio, pois ao longo da carreira tive chance de interagir e aprender com cientistas de muitas áreas diferentes. Isso foi fundamental quando, na última década, resolvi voltar às origens e trabalhar na interface com biologia, utilizando o conhecimento em materiais. Mas, de forma geral, ainda sinto que vivo duas vidas, pois parte de minha família até hoje não tem muita ideia do que eu realmente faço. Nunca consegui transmitir minha paixão por ciência para meus pais e irmã. O marido cientista acabou sendo a melhor opção, pois ele entendia quando eu queria ficar no lab na sexta à noite, ou finais de semana. Meus dois filhos entendem que têm uma mãe ‘workaholic’ porque ela ama o que faz… E minha filha está seguindo caminho similar, pois faz doutorado em neurociências.

Boletim da SBPMat: Na sua percepção, o que mudou para as meninas e mulheres pesquisadoras desde a época em que você era estudante e o que teria que mudar ainda?

Mônica Cotta: Felizmente muita coisa mudou, de forma geral… a começar pelo tipo de ambiente em que vivemos, proporcionado pela tecnologia. Hoje, jovens podem aprender ciência com os (bons) canais de YouTube ou cursos online. E o papel da mulher foi ampliado nas últimas décadas, pelo menos para parte de nossa sociedade. Hoje, uma garota querer fazer física pode até gerar estranheza, porém não a incredulidade e o desconforto que enfrentei em meus dias.

Mas sabemos que parte de nossa sociedade ainda não pensa assim. Infelizmente ainda existe muito machismo e misoginia em nosso meio, confirmados pelas trágicas estatísticas de violência sexual e feminicídios. E mulheres ainda enfrentam barreiras diárias na luta por equidade, inclusive na vida profissional. Por isso, precisamos continuar lutando por educação e igualdade de condições sociais, para todos e todas.

Boletim da SBPMat: De acordo com a sua experiência, quais medidas podem ser efetivas para combater a desigualdade de gênero nas ICTs, nos grupos de pesquisa, nos eventos científicos?

Mônica Cotta: Em primeiro lugar, precisamos falar das desigualdades e aumentar a conscientização sobre microagressões, viés inconsciente etc. para que estejamos alertas e preparadas para combater essas situações no dia-a-dia, e evitar que elas, aos poucos, destruam a autoestima das garotas. Outra medida é sempre se preocupar em manter a representatividade das mulheres em todos os espaços, seja como plenaristas em eventos científicos ou em postos de gestão. Além disso, critérios de equidade precisam ser incorporados nos editais de financiamento, nas avaliações de produtividade, pois sabemos como a maternidade impacta a carreira das mulheres, que também em geral são as ‘cuidadoras’ em caso de doenças ou pessoas idosas na família. Por outro lado, essas lutas devem ser de toda a comunidade, e não só de mulheres. Homens podem e devem ser nossos aliados.

Boletim da SBPMat: Por que é importante que haja meninas e mulheres na ciência?

Mônica Cotta: Talento não escolhe gênero, e de forma geral não faz sentido a ciência prescindir dos talentos de metade da humanidade!! Porém, ciência de qualidade necessita de novas ideias, e ideias vêm também de nossas experiências pessoais, não só de conhecimentos adquiridos na escola ou na universidade. Eu sempre me lembro de um exemplo dado pela Beverly Hartline, uma professora americana que promove as questões de gênero em ciência e na física em particular. Ela usa o exemplo dos banheiros em shopping centers. Em geral, eles são parecidos em layout, porém o tempo de uso é bem diferente para homens e mulheres. Consequentemente, há sempre uma fila imensa nos banheiros femininos, que não ocorre nos banheiros masculinos. Então quem desenhou esses banheiros – provavelmente um homem – não pensou nesse detalhe… Hoje temos o banheiro família, que ajuda muito mães com filhos e pais com filhas que estejam passeando por lá. Eu me lembro de ter ouvido reclamações de mulheres porque entrava com meu filho de 4 – 5 anos no banheiro feminino, porque ele sempre foi alto e elas achavam que ele ‘era muito velho’ para entrar comigo. Enfim, algo incômodo e simples de resolver, mas que levou décadas para ser considerado…. Por isso a diversidade de olhares, advindos das experiências de cada um – e gênero é só um dos componentes na nossa ‘bagagem pessoal’ – são imprescindíveis para ciência de qualidade e disruptiva, que também ajude a encontrar soluções para os problemas mais complexos de nossa sociedade.

Boletim da SBPMat: O que a carreira científica lhe trouxe de bom, de difícil, de novo, de inesperado na sua história de vida até o momento?

Mônica Cotta: Trouxe muitas coisas boas, como o contato com os estudantes, que para mim é fundamental. Nada dá mais prazer do que ver o crescimento pessoal e o amadurecimento profissional que a pesquisa científica pode proporcionar, mesmo fora da academia. Sempre digo que método científico serve para tudo, até para analisar situações da vida da gente, rsrs. Mas destaco o que mais me marcou. Infelizmente, em minha família, tivemos vários problemas de saúde complicados, e uma forma de controlar minha ansiedade nessas situações era estudar tudo que podia sobre o assunto, o que inclusive me ajudou a encontrar soluções naqueles momentos. E para isso, a formação interdisciplinar foi novamente minha salvação! Um médico certa vez pediu minhas fontes para passar aos alunos dele, pois disse que minhas perguntas eram muito difíceis de responder, rsrs.

Boletim da SBPMat: Deixe algumas palavras para as pesquisadoras da nossa comunidade, em especial, as mais novas, que estão passando por dificuldades ligadas à desigualdade de gênero.

Mônica Cotta: Temos que ser realistas e lembrar que dificuldades sempre existirão, e as de gênero entre elas. Porém juntas somos mais fortes. Procure sempre aliados/as entre seus colegas, identifique quem tem os mesmos valores e disposição para enfrentar essas barreiras. O mesmo vale para instituições – como aqui na Unicamp, onde temos a Diretoria Executiva de Direitos Humanos e nela, a comissão de gênero e sexualidade (da qual faço parte por acreditar nisso!). Use todos os apoios possíveis, assim como apoie suas colegas, pois sempre tudo se torna mais difícil quando estamos sozinhas.

Uma equipe de cientistas de instituições brasileiras aumentou em cerca de 30 vezes a capacidade de um material semicondutor produzir hidrogênio por meio da fotólise da água, processo que consiste em dividir a molécula de água usando luz como única fonte de energia. O avanço contribui para o desenvolvimento de formas eficientes de gerar hidrogênio verde, que é o combustível produzido usando energia renovável e limpa.

Para que a fotólise ocorra, é necessário contar com um fotocalisador suspenso na água. O fotocatalisador é um material semicondutor capaz de absorver luz e, a partir disso, gerar as cargas (elétrons e buracos) necessárias às reações de oxidação e redução que provocam a dissociação das moléculas de água (H2O) em hidrogênio (H2) e oxigênio (O2). Além disso, o material deve ser estável em ambiente aquoso.

“O titanato de estrôncio (SrTiO3) é um dos principais materiais semicondutores aplicados à fotólise para produção de hidrogênio verde por atender os requisitos físico-químicos para oxidar e reduzir a molécula de água”, diz o professor Renato Vitalino Gonçalves (IFSC-USP), autor correspondente do artigo que reporta esta pesquisa no periódico ACS Applied Energy Materials. “Contudo, existem algumas limitações intrínsecas a este material que cerceiam seu potencial fotocatalítico, como, por exemplo, seu largo bandgap de ~3,2 eV, que restringe sua absorção óptica à região do UV, a qual corresponde a apenas 4%, aproximadamente, do espectro solar”, completa o cientista. Outra limitação deste material, comum a todos os semicondutores, é a rápida recombinação de elétrons e buracos, a qual impede que essas cargas fluam livremente e possam promover as reações de oxidação e redução.

Dessa forma, a equipe brasileira, conduzida pelo professor Gonçalves, decidiu modificar o titanato de estrôncio para aumentar a sua eficiência na fotólise. Inicialmente, os pesquisadores doparam o semicondutor com o metal de transição molibdênio (Mo) e obtiveram partículas cúbicas desagregadas com faces bem definidas. O dopante, não convencional, foi responsável por tornar o material capaz de absorver luz na região do visível, a qual representa cerca de 43% do espectro solar.

Em um segundo momento, os autores do trabalho depositaram nanopartículas de níquel de cerca de 2 nm na superfície das partículas obtidas. O resultado foi uma junção de semicondutores de dois tipos: o Mo:SrTiO3, de tipo n, e o NiO@Ni(OH)2, de tipo p. “Nesta nova configuração, os buracos fotogerados são direcionados para a estrutura de NiO@Ni(OH)2, enquanto os elétrons migram para a superfície do Mo:SrTiO3, resultando em uma melhor separação de cargas e, consequentemente, redução na taxa de recombinação de elétrons e buracos”, explica Gonçalves.

Os fotocatalisadores foram colocados em suspensão em uma solução aquosa com 20% de metanol como agente de sacrifício – uma estratégia amplamente utilizada para incrementar a produção de hidrogênio e, ainda, gerar subprodutos de alto valor para a indústria química. “Quando misturado em água, este álcool é preferencialmente oxidado, em detrimento do lento processo de oxidação da água”, diz o professor Gonçalves. “Ainda assim, o H2 produzido é a partir da redução da molécula de água e não como subproduto da oxidação do metanol”, completa.

Ao aumentar a luz absorvida e diminuir a perda de cargas fotogeradas, o material “turbinado” apresentou um excelente resultado na produção de hidrogênio por fotólise: um aumento da sua atividade fotocatalítica de cerca de 30 vezes com relação ao semicondutor puro.

Cooperação científica brasileira

O trabalho científico foi liderado pelo professor Renato Vitalino Gonçalves, que coordena o Grupo de Nanomateriais e Cerâmicas Avançadas (NaCA) e o Laboratório de Fotossíntese Artificial e Nanomateriais (LAPNano) no IFSC-USP. A síntese dos materiais e o estudo das suas propriedades estruturais, ópticas e eletrônicas, bem como o seu desempenho fotocatalítico para a produção de hidrogênio verde foram desenvolvidas no IFSC-USP, dentro da pesquisa de doutorado de Higor Andrade Centurion, orientada pelo professor Gonçalves.

A identificação e caracterização das nanopartículas de níquel no material foi realizada com a colaboração de uma equipe da UFABC e do LNNano-CNPEM, formada pelo professor Flávio Leandro de Souza, a pós-doutoranda Ingrid Rodriguez-Gutierrez  e o pesquisador Jefferson Bettini. Em colaboração com a professora Liane M. Rossi (IQ-USP), foi realizada a quantificação do níquel utilizando a técnica de espectroscopia de absorção atômica por chama.

Além disso, com a colaboração do professor Heberton Wender (UFMS) foi possível realizar medidas de fotoluminescência que corroboraram a supressão da recombinação das cargas fotogeradas pela formação da junção p – n.

Finalmente, simulações computacionais que permitiram entender o comportamento dos materiais foram realizadas junto ao professor Matheus M. Ferrer, da UFPel, e ao mestrando Lucas Gabriel Rabelo, do IFSC-USP, que também teve orientação do professor Gonçalves.

O trabalho foi financiado, principalmente, pela FAPESP e, através do RCGI, pela FAPESP/Shell. Também contou com apoio financeiro da FAPERGS.

Referência do artigo científico: Constructing Particulate p−n Heterojunction Mo:SrTiO3/NiO@Ni(OH)2 for Enhanced H2 Evolution under Simulated Solar Light. Higor A. Centurion, Lucas G. Rabelo, Ingrid Rodriguez-Gutierrez, Mateus M. Ferrer, Jefferson Bettini, Heberton Wender, Liane M. Rossi, Flavio L. Souza, and Renato V. Gonçalves. ACS Appl. Energy Mater. 2022, 5, 12727−12738. https://doi.org/10.1021/acsaem.2c02337.

Contato do autor correspondente: rgoncalves@ifsc.usp.br.

A Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais (SBPMat) declara seu total repúdio à grave agressão à democracia e ao estado de direito em nosso país, ocorrida ontem em Brasília, com a invasão por terroristas das sedes dos três poderes da República.

A SBPMat se solidariza com o executivo, judiciário e legislativo brasileiros na defesa da Constituição Federal, de seus valores e princípios.

É imprescindível a apuração dos fatos e punição dos responsáveis pelos atos terroristas, sem anistia, e com ‘Democracia para sempre’!

Diretoria da SBPMat

Em 2022, voltamos ao ‘novo normal’ com atividades presenciais intercaladas com as virtuais e as máscaras sumindo de nosso cotidiano graças à vacinação da maior parte da população contra a Covid-19.

Por isso, em setembro passado, pudemos voltar a nos encontrar no nosso evento anual, em Foz do Iguaçu. A força e a resiliência de nossa comunidade estiveram presentes a cada momento, apesar da falta de financiamento e das condições de trabalho complicadas também pela pandemia: tivemos quase 1.200 participantes e 22 empresas parceiras presentes em Foz do Iguaçu! Esperamos que o grito de comemoração dos estudantes na nossa tradicional conference party possa ser sempre cumprido: “Evento online nunca mais!”.

Em 2023, desejamos que a ciência possa ser ouvida e respeitada, com as mudanças que estão por vir no país. Porém, como sociedade científica, continuaremos lutando e atuando junto com nossos pares e com a comunidade na defesa da educação como pilar para uma sociedade mais justa, e da ciência e desenvolvimento tecnológico como ferramentas para alcançarmos condições dignas de vida para toda a população.

Um excelente final de ano a todos e todas! Que possamos recarregar as energias para vencer os muitos desafios pela frente, na esperança de um país – e de um mundo – melhor.

Diretoria da SBPMat

Pesquisadores da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS) desenvolveram um nanomaterial fotossensível muito eficiente para produzir eletricidade a partir de compostos orgânicos usados como combustíveis e a luz do sol como fonte de energia. O processo, que é relativamente limpo e barato, é realizado em um dispositivo chamado de “fotocélula a combustível”. No trabalho, a equipe utilizou como combustível o metanol (CH3OH), álcool líquido que armazena grande quantidade de energia e, quando utilizado, gera muito menos emissões de carbono do que os combustíveis fósseis. O composto tem ganhado atenção como combustível para a geração de energia limpa, principalmente porque pode ser produzido a partir de biomassa.

“A fotocélula a combustível desenvolvida em nosso trabalho contém uma tecnologia simples capaz de converter metanol em energia usando apenas a energia solar como força motriz externa, operando com materiais simples, estáveis, abundantes e livres de metais nobres, o que torna o custo do processo consideravelmente baixo comparado com células convencionais a combustível”, diz Heberton Wender, um dos autores correspondentes do artigo que reporta este avanço no periódico ACS Advanced Materials and Interfaces.

Células a combustível são dispositivos que convertem diretamente a energia química de um combustível em energia elétrica por meio de reações eletroquímicas, com baixas ou nulas emissões de carbono. Utilizadas há décadas para fornecer energia em satélites e espaçonaves, as células a combustível já estão presentes em residências, comércios, indústrias e carros elétricos, e se tornam cada vez mais relevantes perante a necessidade de gerar energia da forma mais limpa possível para mitigar as mudanças climáticas. Entretanto, os materiais necessários para catalisar com eficiência as reações eletroquímicas nos eletrodos das células a combustível se baseiam, geralmente, em elementos caros e escassos como os metais nobres. Por isso, várias alternativas estão sendo investigadas; entre elas, o desenvolvimento de fotocélulas a combustível.

Nesses dispositivos, materiais fotossensíveis de baixo custo, baseados em elementos abundantes, ajudam a impulsionar as reações por meio dos elétrons e buracos que eles geram ao serem excitados pela luz do Sol. Um desses materiais é o dióxido de titânio (TiO2). Esse composto, que geralmente se apresenta em forma de pó de cor branca, não se degrada facilmente com a luz e é simples de se preparar. Contudo, ele tem uma limitação importante: absorve apenas radiação ultravioleta, deixando de aproveitar os outros comprimentos de onda que também estão presentes na luz solar, como os da chamada luz visível.

Nesse contexto nasceu a ideia inicial do trabalho da equipe da UFMS, o qual foi desenvolvido dentro do doutorado de Luiz Felipe Plaça sob orientação do professor Heberton. “Pensamos em usar dióxido de titânio autodopado, ou seja, com defeitos estruturais autoinduzidos, utilizando um processo simples, barato e que possa ser facilmente escalável no futuro”, conta o professor. “Foi quando decidimos usar o tratamento térmico em atmosfera redutora com pequenas quantidades de borohidreto de sódio (NaBH4)”, detalha. A ideia gerou ótimos resultados. O tratamento permitiu controlar a densidade de defeitos nas nanopartículas de dióxido de titânio e, dessa forma, ampliar a sua capacidade de absorver radiação, incluindo parte do espectro visível da luz solar. Além disso, o material perdeu a sua cor branca característica e ficou preto.

O dióxido de titânio preto foi colocado sobre um substrato de vidro condutor transparente e utilizado como fotoânodo da célula a combustível. O fotoânodo é o componente responsável por absorver a luz solar e transformá-la nos elétrons e buracos que vão reduzir o oxigênio e oxidar o combustível, respectivamente, gerando a desejada corrente elétrica no final do processo. Com os fotoânodos de dióxido de titânio preto, a eficiência da célula a combustível apresentou um aumento muito considerável na sua capacidade de produzir corrente elétrica a partir de metanol e energia solar. “O dispositivo melhorado, sem o uso de metais nobres, mostrou 2.000% de aumento na potência máxima de saída”, diz o professor Heberton. “Isso representa uma eficiência impressionante e coloca o dióxido de titânio autodopado na lista dos materiais mais promissores para serem usados como fotoânodos em fotocélulas a combustível de metanol ou de combustíveis alternativos como etanol, glicerol, outros álcoois e até poluentes orgânicos de maior massa molar”, completa.

Como pode ser abastecida com poluentes orgânicos – possibilidade que foi explorada em outro trabalho da equipe, a fotocélula poderia ser usada para descontaminar águas sem custos energéticos adicionais e, até mesmo, gerar um pouco de eletricidade extra para uso externo em dispositivos de baixa potência.  “Em um cenário hipotético, seria possível purificar água de efluentes ou curvas de níveis em propriedades rurais ao passo que energia é produzida”, destaca o professor Cauê Alves Martins, que também é autor correspondente do artigo da ACS Applied Materials and Interfaces.

Além da fotocélula laboratorial, os autores prepararam, com o novo fotoânodo, um protótipo de dispositivo portátil de pequenas dimensões: uma fotocélula microfluídica. O dispositivo, que cabe na palma da mão, foi produzido em menos de uma hora com um custo de menos de US$ 2,00. Para desenvolver o protótipo, a equipe contou com a participação de um estudante da graduação em Engenharia Física da UFMS, Pedro Lucas S. Vital, que, orientado pelo professor Cauê, aceitou o desafio de preparar a célula usando uma impressora 3D.  O dispositivo também foi testado, com bons resultados. “Apesar de ser um bom protótipo, a engenharia do dispositivo pode ser melhorada para aumentar a densidade de potência via “scale out”, com mais dispositivos operando em conjunto”, comentam os professores Heberton e Cauê.

O trabalho é resultado de uma colaboração, já bem estabelecida, entre dois grupos de pesquisa do Instituto de Física da UFMS: o Nano&Photon, coordenado pelo professor Heberton Wender, e o Electrochemistry Research Group, liderado pelo professor Cauê Alves Martins. Pesquisadores do Instituto de Química de São Carlos (IQSC-USP) também participaram do trabalho.

Referência do artigo científico: Black TiO2 Photoanodes for Direct Methanol Photo Fuel Cells. Luiz Felipe Plaça, Pedro-Lucas S. Vital, Luiz Eduardo Gomes, Antonio Carlos Roveda Jr., Daniel Rodrigues Cardoso, Cauê Alves Martins, and Heberton Wender. ACS Applied Materials & Interfaces. DOI: 10.1021/acsami.2c04802.

Contato dos autores correspondentes: heberton.wender@ufms.br, caue.martins@ufms.br.