{"id":9569,"date":"2021-10-30T16:39:35","date_gmt":"2021-10-30T19:39:35","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/?p=9569"},"modified":"2021-11-05T16:45:34","modified_gmt":"2021-11-05T19:45:34","slug":"artigo-em-destaque-otimizando-nanotubos-para-a-producao-de-hidrogenio-verde","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/artigo-em-destaque-otimizando-nanotubos-para-a-producao-de-hidrogenio-verde\/","title":{"rendered":"Artigo em destaque: Otimizando nanotubos para a produ\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio verde."},"content":{"rendered":"

\"Gera\u00e7\u00e3o
Gera\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio em c\u00e9lula fotoeletroqu\u00edmica com o fotoanodo desenvolvido pela equipe pernambucana.<\/figcaption><\/figure><\/p>\n

Um trabalho realizado em institui\u00e7\u00f5es pernambucanas traz uma contribui\u00e7\u00e3o ao desenvolvimento de nanomateriais com potencial para superar um importante desafio energ\u00e9tico: a gera\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio por meio de processos sustent\u00e1veis.\u00a0De fato, a mol\u00e9cula de hidrog\u00eanio \u00e9 considerada um combust\u00edvel limpo porque o seu uso, ou \u201cqueima\u201d, n\u00e3o emite gases do efeito estufa. Por\u00e9m, a produ\u00e7\u00e3o dessa mol\u00e9cula \u00e9\u00a0respons\u00e1vel por emitir centenas de toneladas de di\u00f3xido de carbono por ano.<\/p>\n

Felizmente, caminhos mais sustent\u00e1veis para se produzir hidrog\u00eanio molecular est\u00e3o sendo explorados por cientistas ao redor do mundo.\u00a0 Os mais \u201cverdes\u201d de todos s\u00e3o os processos fotoeletroqu\u00edmicos, que consistem em quebrar a mol\u00e9cula de \u00e1gua (H2O) usando eletricidade proveniente de convers\u00e3o fotovoltaica; ou seja, da transforma\u00e7\u00e3o de f\u00f3tons em el\u00e9trons.\u00a0Esses processos s\u00e3o realizados em c\u00e9lulas fotoeletroqu\u00edmicas – sistemas simples e baixo custo compostos, basicamente, por um fotoanodo, onde ocorre a absor\u00e7\u00e3o da luz solar e a consequente gera\u00e7\u00e3o de uma corrente de el\u00e9trons, e um c\u00e1todo, em cuja superf\u00edcie o hidrog\u00eanio se desprende da mol\u00e9cula de \u00e1gua pela a\u00e7\u00e3o da eletricidade gerada no fotoanodo. Nesse contexto, \u00e9 essencial desenvolver materiais para o fotoanodo que sejam eficientes e dur\u00e1veis, e que possam ser produzidos por meio de processos de baixo custo e amigos do meio ambiente.<\/p>\n

Em artigo<\/strong><\/a>\u00a0recentemente publicado no Journal of Power Sources<\/em> (fator de impacto 9,1270), cientistas do Centro de Tecnologias Estrat\u00e9gicas do Nordeste (CETENE) e da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) reportam um m\u00e9todo simples e limpo para produzir nanocomp\u00f3sitos capazes de gerar uma corrente el\u00e9trica a partir da luz do sol. O trabalho tamb\u00e9m apresenta bons resultados da aplica\u00e7\u00e3o do material obtido como fotoanodo na produ\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio.<\/p>\n

Desafio: aumentar a sensibilidade do fotoanodo<\/strong><\/p>\n

O di\u00f3xido de tit\u00e2nio (TiO2) \u00e9 o material mais utilizado em fotoanodos. \u00c0 diferen\u00e7a de outros semicondutores, ele n\u00e3o \u00e9 t\u00f3xico e n\u00e3o se degrada facilmente em contato com a luz e a \u00e1gua. Contudo, esse material tem uma limita\u00e7\u00e3o que afeta a sua efici\u00eancia: ele consegue absorver apenas luz ultravioleta, deixando de aproveitar as outras radia\u00e7\u00f5es presentes na luz solar. Por esse motivo, esfor\u00e7os cient\u00edficos t\u00eam sido realizados no sentido de expandir a sensibilidade do TiO2. Esse foi exatamente o objetivo da equipe do CETENE e UFPE no in\u00edcio do trabalho conjunto. A estrat\u00e9gia adotada foi integrar nanocristais semicondutores (pontos qu\u00e2nticos) a nanotubos de TiO2 e, dessa forma, obter um material que seja mais sens\u00edvel \u00e0 luz solar gra\u00e7as \u00e0 a\u00e7\u00e3o sin\u00e9rgica de ambos os semicondutores.<\/p>\n

Os pesquisadores come\u00e7aram por sensibilizar os nanotubos com nanocristais de sulfeto de bismuto (Bi2S3), conta Denilson V. Freitas<\/a>, que hoje atua como pesquisador no CETENE com bolsa\u00a0 PCI do CNPq e participa desta linha de pesquisa desde o in\u00edcio, quando fazia o doutorado em Qu\u00edmica na UFPE.\u00a0 Nos experimentos, os cientistas notaram que o m\u00e9todo de prepara\u00e7\u00e3o do nanocomp\u00f3sito impactava significativamente seu desempenho fotoeletroqu\u00edmico, e reportaram esses resultados em artigo<\/a>\u00a0publicado em 2018 na ACS Applied Energy Materials<\/em> (fator de impacto 6,024). \u201cVerificamos que os melhores resultados fotoeletroqu\u00edmicos foram para o m\u00e9todo assistido por ligante quando comparado com o m\u00e9todo hidrotermal\u201d, diz Denilson. Dessa forma, o primeiro m\u00e9todo foi escolhido. Na sensibiliza\u00e7\u00e3o por ligante, os nanotubos de TiO2, suportados em folhas de tit\u00e2nio, s\u00e3o submersos em uma solu\u00e7\u00e3o contendo os nanocristais escolhidos. Ambos os materiais interagem e, no final do processo, os pontos qu\u00e2nticos ficam adsorvidos na superf\u00edcie dos nanotubos.<\/p>\n

A segunda fase da pesquisa foi realizada dentro do mestrado em Ci\u00eancia de Materiais de Danilo A. P. Vel\u00e1squez<\/a>, realizado na UFPE. Desta vez, a equipe cient\u00edfica utilizou nanocristais de prata, \u00edndio e sel\u00eanio (AgIn5Se8)\u00a0com o objetivo principal de determinar qual seria o tempo \u00f3timo de submers\u00e3o dos nanotubos na solu\u00e7\u00e3o, j\u00e1 que os pesquisadores tinham notado que concentra\u00e7\u00f5es elevadas de nanocristais na superf\u00edcie dos nanotubos afetavam negativamente o desempenho do nanocomp\u00f3sito.\u00a0Para isso, eles fizeram uma s\u00e9rie de experimentos variando o tempo de submers\u00e3o entre 1 hora e 48 horas.<\/p>\n

\"Nanotubos
Nanotubos de di\u00f3xido de tit\u00e2nio sem pontos qu\u00e2nticos (esquerda), sensibilizados com pontos qu\u00e2nticos por 2 horas (centro) e por 72 horas (direita).<\/figcaption><\/figure>\n

Al\u00e9m de observar por t\u00e9cnicas de microscopia eletr\u00f4nica a concentra\u00e7\u00e3o de nanocristais obtida em cada caso, os pesquisadores conferiram o desempenho de cada amostra.\u00a0Os resultados mostraram que a performance fotoletroqu\u00edmica dos nanotubos melhorou de forma crescente com\u00a0o tempo de sensibiliza\u00e7\u00e3o at\u00e9\u00a0as 24 horas de imers\u00e3o, quando o nanocomp\u00f3sito obtido gerou uma fotocorrente 2,4 vezes maior do que os nanotubos puros. Al\u00e9m disso, os nanotubos otimizados tamb\u00e9m melhoraram a sua performance na produ\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio, a qual foi 3,1 vezes maior do que a do material sem pontos qu\u00e2nticos. Os experimentos tamb\u00e9m demonstraram que, ap\u00f3s as 24 horas de imers\u00e3o, a concentra\u00e7\u00e3o de nanocristais se tornou excessiva e prejudicou a funcionalidade do nanocomp\u00f3sito. \u201cO trabalho mostrou que a otimiza\u00e7\u00e3o temporal da sensibiliza\u00e7\u00e3o dos nanotubos \u00e9 uma etapa importante na produ\u00e7\u00e3o de sistemas mais eficientes\u201d, resume Denilson.<\/p>\n

A pesquisa foi realizada por pesquisadores e estudantes ligados aos programas de p\u00f3s-gradua\u00e7\u00e3o em Qu\u00edmica e Ci\u00eancia de Materiais da UFPE,\u00a0 coordenados pelo professor Marcelo Navarro<\/a>, e ao CETENE, liderados pela pesquisadora e diretora do centro Giovanna Machado<\/a>.\u00a0A aquisi\u00e7\u00e3o de imagens dos nanotubos sensibilizados por microscopia eletr\u00f4nica de transmiss\u00e3o de alta resolu\u00e7\u00e3o foram realizadas no SENAI-MG. Os trabalhos contaram com financiamento das ag\u00eancias brasileiras de apoio \u00e0 pesquisa CNPq, FACEPE, CAPES e Finep.<\/p>\n

\"Os
Os autores do paper. A partir da esquerda: Danilo A. P. Vel\u00e1squez, Felipe L. N. Sousa, Thiago A. S. Soares, Anderson J. Caires, Denilson V. Freitas, Marcelo Navarro e Giovanna Machado.<\/figcaption><\/figure>\n
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Refer\u00eancia do artigo cient\u00edfico:<\/strong> Boosting the performance of TiO2 nanotubes with ecofriendly AgIn5Se8 quantum dots for photoelectrochemical hydrogen generation.<\/em> Danilo A.P.Vel\u00e1squez, Felipe L.N.Sousa, Thiago A.S.Soares, Anderson J.Caires, Denilson V.Freitas, MarceloNavarro, GiovannaMachado. Journal of Power Sources. Volume 506, 15 September 2021, 230165. https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.jpowsour.2021.230165<\/a>.<\/p>\n

Contato da autora correspondente:<\/strong>\u00a0Giovanna Machado – giovanna.machado@cetene.gov.br.<\/p>\n

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