{"id":10049,"date":"2022-12-07T11:41:10","date_gmt":"2022-12-07T14:41:10","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/?p=10049"},"modified":"2022-12-08T16:09:17","modified_gmt":"2022-12-08T19:09:17","slug":"artigo-em-destaque-oxido-de-titanio-preto-para-celulas-a-combustivel-impulsionadas-com-energia-solar","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/artigo-em-destaque-oxido-de-titanio-preto-para-celulas-a-combustivel-impulsionadas-com-energia-solar\/","title":{"rendered":"Artigo em destaque: Di\u00f3xido de tit\u00e2nio preto para c\u00e9lulas a combust\u00edvel impulsionadas com energia solar."},"content":{"rendered":"

\"Imagem<\/a>
Imagem de MET do novo material fotossens\u00edvel: TiO2 preto autodopado.<\/figcaption><\/figure><\/p>\n

Pesquisadores da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS) desenvolveram um nanomaterial fotossens\u00edvel muito eficiente para produzir eletricidade a partir de compostos org\u00e2nicos usados como combust\u00edveis e a luz do sol como fonte de energia. O processo, que \u00e9 relativamente limpo e barato, \u00e9 realizado em um dispositivo chamado de \u201cfotoc\u00e9lula a combust\u00edvel\u201d. No trabalho, a equipe utilizou como combust\u00edvel o metanol (CH3OH), \u00e1lcool l\u00edquido que armazena grande quantidade de energia e, quando utilizado, gera muito menos emiss\u00f5es de carbono do que os combust\u00edveis f\u00f3sseis. O composto tem ganhado aten\u00e7\u00e3o como combust\u00edvel para a gera\u00e7\u00e3o de energia limpa, principalmente porque pode ser produzido a partir de biomassa.<\/p>\n

\u201cA fotoc\u00e9lula a combust\u00edvel desenvolvida em nosso trabalho cont\u00e9m uma tecnologia simples capaz de converter metanol em energia usando apenas a energia solar como for\u00e7a motriz externa, operando com materiais simples, est\u00e1veis, abundantes e livres de metais nobres, o que torna o custo do processo consideravelmente baixo comparado com c\u00e9lulas convencionais a combust\u00edvel\u201d, diz Heberton Wender<\/strong><\/a>, um dos autores correspondentes do artigo<\/strong><\/a>\u00a0que reporta este avan\u00e7o no peri\u00f3dico ACS Advanced Materials and Interfaces<\/em>.<\/p>\n

C\u00e9lulas a combust\u00edvel s\u00e3o dispositivos que convertem diretamente a energia qu\u00edmica de um combust\u00edvel em energia el\u00e9trica por meio de rea\u00e7\u00f5es eletroqu\u00edmicas, com baixas ou nulas emiss\u00f5es de carbono. Utilizadas h\u00e1 d\u00e9cadas para fornecer energia em sat\u00e9lites e espa\u00e7onaves, as c\u00e9lulas a combust\u00edvel j\u00e1 est\u00e3o presentes em resid\u00eancias, com\u00e9rcios, ind\u00fastrias e carros el\u00e9tricos, e se tornam cada vez mais relevantes perante a necessidade de gerar energia da forma mais limpa poss\u00edvel para mitigar as mudan\u00e7as clim\u00e1ticas. Entretanto, os materiais necess\u00e1rios para catalisar com efici\u00eancia as rea\u00e7\u00f5es eletroqu\u00edmicas nos eletrodos das c\u00e9lulas a combust\u00edvel se baseiam, geralmente, em elementos caros e escassos como os metais nobres. Por isso, v\u00e1rias alternativas est\u00e3o sendo investigadas; entre elas, o desenvolvimento de fotoc\u00e9lulas a combust\u00edvel.<\/p>\n

Nesses dispositivos, materiais fotossens\u00edveis de baixo custo, baseados em elementos abundantes, ajudam a impulsionar as rea\u00e7\u00f5es por meio dos el\u00e9trons e buracos que eles geram ao serem excitados pela luz do Sol. Um desses materiais \u00e9 o di\u00f3xido de tit\u00e2nio (TiO2). Esse composto, que geralmente se apresenta em forma de p\u00f3 de cor branca, n\u00e3o se degrada facilmente com a luz e \u00e9 simples de se preparar. Contudo, ele tem uma limita\u00e7\u00e3o importante: absorve apenas radia\u00e7\u00e3o ultravioleta, deixando de aproveitar os outros comprimentos de onda que tamb\u00e9m est\u00e3o presentes na luz solar, como os da chamada luz vis\u00edvel.<\/p>\n

Nesse contexto nasceu a ideia inicial do trabalho da equipe da UFMS, o qual foi desenvolvido dentro do doutorado de Luiz Felipe Pla\u00e7a<\/strong><\/a>\u00a0sob orienta\u00e7\u00e3o do professor Heberton. \u201cPensamos em usar di\u00f3xido de tit\u00e2nio autodopado, ou seja, com defeitos estruturais autoinduzidos, utilizando um processo simples, barato e que possa ser facilmente escal\u00e1vel no futuro\u201d, conta o professor. \u201cFoi quando decidimos usar o tratamento t\u00e9rmico em atmosfera redutora com pequenas quantidades de borohidreto de s\u00f3dio (NaBH4)\u201d, detalha. A ideia gerou \u00f3timos resultados. O tratamento permitiu controlar a densidade de defeitos nas nanopart\u00edculas de di\u00f3xido de tit\u00e2nio e, dessa forma, ampliar a sua capacidade de absorver radia\u00e7\u00e3o, incluindo parte do espectro vis\u00edvel da luz solar. Al\u00e9m disso, o material perdeu a sua cor branca caracter\u00edstica e ficou preto.<\/p>\n

O di\u00f3xido de tit\u00e2nio preto foi colocado sobre um substrato de vidro condutor transparente e utilizado como foto\u00e2nodo da c\u00e9lula a combust\u00edvel. O foto\u00e2nodo \u00e9 o componente respons\u00e1vel por absorver a luz solar e transform\u00e1-la nos el\u00e9trons e buracos que v\u00e3o reduzir o oxig\u00eanio e oxidar o combust\u00edvel, respectivamente, gerando a desejada corrente el\u00e9trica no final do processo. Com os foto\u00e2nodos de di\u00f3xido de tit\u00e2nio preto, a efici\u00eancia da c\u00e9lula a combust\u00edvel apresentou um aumento muito consider\u00e1vel na sua capacidade de produzir corrente el\u00e9trica a partir de metanol e energia solar. \u201cO dispositivo melhorado, sem o uso de metais nobres, mostrou 2.000% de aumento na pot\u00eancia m\u00e1xima de sa\u00edda\u201d, diz o professor Heberton. \u201cIsso representa uma efici\u00eancia impressionante e coloca o di\u00f3xido de tit\u00e2nio autodopado na lista dos materiais mais promissores para serem usados como foto\u00e2nodos em fotoc\u00e9lulas a combust\u00edvel de metanol ou de combust\u00edveis alternativos como etanol, glicerol, outros \u00e1lcoois e at\u00e9 poluentes org\u00e2nicos de maior massa molar\u201d, completa.<\/p>\n

\"Funcionamento<\/a>
Funcionamento da fotoc\u00e9lula a combust\u00edvel e o papel do novo foto\u00e2nodo.<\/figcaption><\/figure>\n

Como pode ser abastecida com poluentes org\u00e2nicos – possibilidade que foi explorada em outro trabalho da equipe<\/strong><\/a>, a fotoc\u00e9lula poderia ser usada para descontaminar \u00e1guas sem custos energ\u00e9ticos adicionais e, at\u00e9 mesmo, gerar um pouco de eletricidade extra para uso externo em dispositivos de baixa pot\u00eancia.\u00a0 \u201cEm um cen\u00e1rio hipot\u00e9tico, seria poss\u00edvel purificar \u00e1gua de efluentes ou curvas de n\u00edveis em propriedades rurais ao passo que energia \u00e9 produzida\u201d, destaca o professor Cau\u00ea Alves Martins<\/strong><\/a>, que tamb\u00e9m \u00e9 autor correspondente do artigo da ACS Applied Materials and Interfaces<\/em>.<\/p>\n

Al\u00e9m da fotoc\u00e9lula laboratorial, os autores prepararam, com o novo foto\u00e2nodo, um prot\u00f3tipo de dispositivo port\u00e1til de pequenas dimens\u00f5es: uma fotoc\u00e9lula microflu\u00eddica. O dispositivo, que cabe na palma da m\u00e3o, foi produzido em menos de uma hora com um custo de menos de US$ 2,00. Para desenvolver o prot\u00f3tipo, a equipe contou com a participa\u00e7\u00e3o de um estudante da gradua\u00e7\u00e3o em Engenharia F\u00edsica da UFMS, Pedro Lucas S. Vital<\/strong><\/a>, que, orientado pelo professor Cau\u00ea, aceitou o desafio de preparar a c\u00e9lula usando uma impressora 3D.\u00a0 O dispositivo tamb\u00e9m foi testado, com bons resultados. \u201cApesar de ser um bom prot\u00f3tipo, a engenharia do dispositivo pode ser melhorada para aumentar a densidade de pot\u00eancia via \u201cscale out\u201d, com mais dispositivos operando em conjunto\u201d, comentam os professores Heberton e Cau\u00ea.<\/p>\n

O trabalho \u00e9 resultado de uma colabora\u00e7\u00e3o, j\u00e1 bem estabelecida, entre dois grupos de pesquisa do Instituto de F\u00edsica da UFMS: o Nano&Photon, coordenado pelo professor Heberton Wender, e o Electrochemistry Research Group, liderado pelo professor Cau\u00ea Alves Martins. Pesquisadores do Instituto de Qu\u00edmica de S\u00e3o Carlos (IQSC-USP) tamb\u00e9m participaram do trabalho.<\/p>\n

\"Os<\/a>
Os autores do trabalho. A partir da esquerda: Luiz F. Pla\u00e7a, Pedro L. S. Vital, Luiz E. Gomes, Antonio C. Roveda Jr., Daniel R. Cardoso, Cau\u00ea A. Martins, Heberton Wender.<\/figcaption><\/figure>\n
\n

Refer\u00eancia do artigo cient\u00edfico<\/strong>: Black TiO2 Photoanodes for Direct Methanol Photo Fuel Cells<\/em>. Luiz Felipe Pla\u00e7a, Pedro-Lucas S. Vital, Luiz Eduardo Gomes, Antonio Carlos Roveda Jr., Daniel Rodrigues Cardoso, Cau\u00ea Alves Martins, and Heberton Wender. ACS Applied Materials & Interfaces. DOI: 10.1021\/acsami.2c04802<\/a>.<\/p>\n

Contato dos autores correspondentes<\/strong>: heberton.wender@ufms.br, caue.martins@ufms.br.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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