{"id":10140,"date":"2023-01-31T10:20:24","date_gmt":"2023-01-31T13:20:24","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/?p=10140"},"modified":"2023-02-01T11:30:54","modified_gmt":"2023-02-01T14:30:54","slug":"artigo-em-destaque-semicondutor-turbinado-para-a-producao-de-hidrogenio-verde","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/artigo-em-destaque-semicondutor-turbinado-para-a-producao-de-hidrogenio-verde\/","title":{"rendered":"Artigo em destaque: Semicondutor \u201cturbinado\u201d para a produ\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio verde."},"content":{"rendered":"

Uma equipe de cientistas de institui\u00e7\u00f5es brasileiras aumentou em cerca de 30 vezes a capacidade de um material semicondutor produzir hidrog\u00eanio por meio da fot\u00f3lise da \u00e1gua, processo que consiste em dividir a mol\u00e9cula de \u00e1gua usando luz como \u00fanica fonte de energia. O avan\u00e7o contribui para o desenvolvimento de formas eficientes de gerar hidrog\u00eanio verde, que \u00e9 o combust\u00edvel produzido usando energia renov\u00e1vel e limpa.<\/p>\n

Para que a fot\u00f3lise ocorra, \u00e9 necess\u00e1rio contar com um fotocalisador suspenso na \u00e1gua. O fotocatalisador \u00e9 um material semicondutor capaz de absorver luz e, a partir disso, gerar as cargas (el\u00e9trons e buracos) necess\u00e1rias \u00e0s rea\u00e7\u00f5es de oxida\u00e7\u00e3o e redu\u00e7\u00e3o que provocam a dissocia\u00e7\u00e3o das mol\u00e9culas de \u00e1gua (H2O) em hidrog\u00eanio (H2) e oxig\u00eanio (O2). Al\u00e9m disso, o material deve ser est\u00e1vel em ambiente aquoso.<\/p>\n

\"Fot\u00f3lise<\/a>
Fot\u00f3lise para produ\u00e7\u00e3o de H2 utilizando o Mo:SrTiO3\/NiO@Ni(OH)2 como fotocatalisador.<\/figcaption><\/figure>\n

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\u201cO titanato de estr\u00f4ncio (SrTiO3) \u00e9 um dos principais materiais semicondutores aplicados \u00e0 fot\u00f3lise para produ\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio verde por atender os requisitos f\u00edsico-qu\u00edmicos para oxidar e reduzir a mol\u00e9cula de \u00e1gua\u201d, diz o professor Renato Vitalino Gon\u00e7alves<\/a>\u00a0(IFSC-USP), autor correspondente do artigo<\/a>\u00a0que reporta esta pesquisa no peri\u00f3dico ACS Applied Energy Materials<\/em>. \u201cContudo, existem algumas limita\u00e7\u00f5es intr\u00ednsecas a este material que cerceiam seu potencial fotocatal\u00edtico, como, por exemplo, seu largo bandgap de ~3,2 eV, que restringe sua absor\u00e7\u00e3o \u00f3ptica \u00e0 regi\u00e3o do UV, a qual corresponde a apenas 4%, aproximadamente, do espectro solar\u201d, completa o cientista. Outra limita\u00e7\u00e3o deste material, comum a todos os semicondutores, \u00e9 a r\u00e1pida recombina\u00e7\u00e3o de el\u00e9trons e buracos, a qual impede que essas cargas fluam livremente e possam promover as rea\u00e7\u00f5es de oxida\u00e7\u00e3o e redu\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

Dessa forma, a equipe brasileira, conduzida pelo professor Gon\u00e7alves, decidiu modificar o titanato de estr\u00f4ncio para aumentar a sua efici\u00eancia na fot\u00f3lise. Inicialmente, os pesquisadores doparam o semicondutor com o metal de transi\u00e7\u00e3o molibd\u00eanio (Mo) e obtiveram part\u00edculas c\u00fabicas desagregadas com faces bem definidas. O dopante, n\u00e3o convencional, foi respons\u00e1vel por tornar o material capaz de absorver luz na regi\u00e3o do vis\u00edvel, a qual representa cerca de 43% do espectro solar.<\/p>\n

Em um segundo momento, os autores do trabalho depositaram nanopart\u00edculas de n\u00edquel de cerca de 2 nm na superf\u00edcie das part\u00edculas obtidas. O resultado foi uma jun\u00e7\u00e3o de semicondutores de dois tipos: o Mo:SrTiO3, de tipo n, e o NiO@Ni(OH)2, de tipo p. \u201cNesta nova configura\u00e7\u00e3o, os buracos fotogerados s\u00e3o direcionados para a estrutura de NiO@Ni(OH)2, enquanto os el\u00e9trons migram para a superf\u00edcie do Mo:SrTiO3, resultando em uma melhor separa\u00e7\u00e3o de cargas e, consequentemente, redu\u00e7\u00e3o na taxa de recombina\u00e7\u00e3o de el\u00e9trons e buracos\u201d, explica Gon\u00e7alves.<\/p>\n

\"Microscopia<\/a>
Microscopia Eletr\u00f4nica de Varredura (MEV) do Mo:SrTiO3\/NiO@Ni(OH)2 e mapeamento EDS.<\/figcaption><\/figure>\n

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Os fotocatalisadores foram colocados em suspens\u00e3o em uma solu\u00e7\u00e3o aquosa com 20% de metanol como agente de sacrif\u00edcio \u2013 uma estrat\u00e9gia amplamente utilizada para incrementar a produ\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio e, ainda, gerar subprodutos de alto valor para a ind\u00fastria qu\u00edmica. “Quando misturado em \u00e1gua, este \u00e1lcool \u00e9 preferencialmente oxidado, em detrimento do lento processo de oxida\u00e7\u00e3o da \u00e1gua\u201d, diz o professor Gon\u00e7alves. \u201cAinda assim, o H2 produzido \u00e9 a partir da redu\u00e7\u00e3o da mol\u00e9cula de \u00e1gua e n\u00e3o como subproduto da oxida\u00e7\u00e3o do metanol\u201d, completa.<\/p>\n

Ao aumentar a luz absorvida e diminuir a perda de cargas fotogeradas, o material \u201cturbinado\u201d apresentou um excelente resultado na produ\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio por fot\u00f3lise: um aumento da sua atividade fotocatal\u00edtica de cerca de 30 vezes com rela\u00e7\u00e3o ao semicondutor puro.<\/p>\n

Coopera\u00e7\u00e3o cient\u00edfica brasileira<\/strong><\/p>\n

O trabalho cient\u00edfico foi liderado pelo professor Renato Vitalino Gon\u00e7alves, que coordena o Grupo de Nanomateriais e Cer\u00e2micas Avan\u00e7adas (NaCA) e o Laborat\u00f3rio de Fotoss\u00edntese Artificial e Nanomateriais (LAPNano) no IFSC-USP. A s\u00edntese dos materiais e o estudo das suas propriedades estruturais, \u00f3pticas e eletr\u00f4nicas, bem como o seu desempenho fotocatal\u00edtico para a produ\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio verde foram desenvolvidas no IFSC-USP, dentro da pesquisa de doutorado de Higor Andrade Centurion<\/a>, orientada pelo professor Gon\u00e7alves.<\/p>\n

A identifica\u00e7\u00e3o e caracteriza\u00e7\u00e3o das nanopart\u00edculas de n\u00edquel no material foi realizada com a colabora\u00e7\u00e3o de uma equipe da UFABC e do LNNano-CNPEM, formada pelo professor Fl\u00e1vio Leandro de Souza<\/a>, a p\u00f3s-doutoranda Ingrid Rodriguez-Gutierrez<\/a>\u00a0 e o pesquisador Jefferson Bettini<\/a>.\u00a0Em colabora\u00e7\u00e3o com a professora Liane M. Rossi<\/a>\u00a0(IQ-USP), foi realizada a quantifica\u00e7\u00e3o do n\u00edquel utilizando a t\u00e9cnica de espectroscopia de absor\u00e7\u00e3o at\u00f4mica por chama.<\/p>\n

Al\u00e9m disso, com a colabora\u00e7\u00e3o do professor Heberton Wender<\/a> (UFMS) foi poss\u00edvel realizar medidas de fotoluminesc\u00eancia que corroboraram a supress\u00e3o da recombina\u00e7\u00e3o das cargas fotogeradas pela forma\u00e7\u00e3o da jun\u00e7\u00e3o p \u2013 n.<\/p>\n

Finalmente, simula\u00e7\u00f5es computacionais que permitiram entender o comportamento dos materiais foram realizadas junto ao professor Matheus M. Ferrer<\/a>, da UFPel, e ao mestrando Lucas Gabriel Rabelo<\/a>, do IFSC-USP, que tamb\u00e9m teve orienta\u00e7\u00e3o do professor Gon\u00e7alves.<\/p>\n

O trabalho foi financiado, principalmente, pela FAPESP e, atrav\u00e9s do RCGI, pela FAPESP\/Shell. Tamb\u00e9m contou com apoio financeiro da FAPERGS.<\/p>\n

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\"PESQUISADORES\"<\/a>
Autores do artigo. A partir da esquerda: Higor A. Centurion, Lucas G. Rabelo, Ingrid Rodriguez-Gutierrez, Mateus M. Ferrer, Jefferson Bettini, Heberton Wender, Liane M. Rossi, Flavio L. Souza e Renato V. Gonc\u0327alves<\/figcaption><\/figure>\n

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Refer\u00eancia do artigo cient\u00edfico:<\/strong> Constructing Particulate p\u2212n Heterojunction Mo:SrTiO3\/NiO@Ni(OH)2 for Enhanced H2 Evolution under Simulated Solar Light<\/em>. 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. Gonc\u0327alves. ACS Appl. Energy Mater. 2022, 5, 12727\u221212738. https:\/\/doi.org\/10.1021\/acsaem.2c02337<\/a>.<\/p>\n

Contato do autor correspondente:<\/strong> rgoncalves@ifsc.usp.br.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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