Revolução na produção de hidrogênio verde com novo fotocatalisador na Universidade de Oregon

São PauloPesquisadores da Universidade Estadual de Oregon desenvolveram um novo material capaz de gerar energia limpa de forma eficiente a partir da luz solar e da água. Este material funciona como um fotocatalisador, que auxilia na produção de hidrogênio. O hidrogênio é crucial para células de combustível em carros, fabricação de produtos químicos como a amônia, refinamento de metais e produção de plásticos. Esta descoberta pode ser um novo método eficaz para reduzir as emissões de gases de efeito estufa e combater as mudanças climáticas.

Kyriakos Stylianou e sua equipe na Faculdade de Ciências da OSU estão investigando estruturas metal-orgânicas (MOFs). Essas estruturas possuem pequenos poros que podem ser ajustados para diversas aplicações. Os MOFs são compostos por íons metálicos interligados por moléculas orgânicas.

Neste estudo, a equipe utilizou:

• Óxido de rutênio
• Óxido de titânio
• Dopagem com enxofre e nitrogênio

para criar uma heterojunção, uma combinação de dois materiais com propriedades complementares, aumentando a capacidade do fotocatalisador de dividir a água em hidrogênio quando exposto à luz solar. Eles chamam esse novo material de RTTA.

Testes com diferentes tipos de RTTAs com variadas quantidades de óxidos indicaram que o RTTA-1 foi o mais eficiente. O RTTA-1, que contém a menor quantidade de óxido de rutênio, produziu hidrogênio mais rapidamente e apresentou um alto rendimento quântico. Em uma hora, um grama de RTTA-1 gerou mais de 10.700 micromoles de hidrogênio.

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Stylianou afirmou que o RTTA-1 é eficaz devido à combinação das características dos óxidos metálicos e das superfícies do MOF original. Esse novo método pode tornar a produção de hidrogênio mais sustentável e eficiente.

Produzir hidrogênio a partir da água com este novo fotocatalisador é mais limpo do que utilizando gás natural. Normalmente, o hidrogênio é obtido através da reforma a vapor do metano, que libera dióxido de carbono. O novo método utiliza energia solar, tornando-se uma opção mais ecológica.

A geração de hidrogênio via eletrocatalise envolve a passagem de eletricidade por um catalisador, mas deve contar com energia renovável para ser sustentável. Além disso, o custo precisa ser competitivo com o método de reforma a vapor de metano, que produz hidrogênio a cerca de $1,50 por quilo, em comparação com os $5 por quilo do hidrogênio verde.

Stylianou explicou que a água é uma fonte abundante de hidrogênio e que é possível utilizarmos a luz solar para gerar hidrogênio por meio da fotocatálise. Embora o óxido de rutênio seja caro, a quantidade necessária no RTTA-1 é pequena, o que não é um grande problema para uso industrial. Se o catalisador permanecer estável e confiável, o custo do pequeno volume de óxido de rutênio se torna menos relevante.

A pesquisa foi financiada pela Faculdade de Ciências da OSU, pelo Departamento de Química e pelos ex-professores de escolas públicas e ex-alunos da OSU, Brian e Marilyn Kleiner. O projeto foi publicado na revista Angewandte Chemie e foi liderado pelos estudantes de pós-graduação Emmanuel Musa, Ankit Yadav e Kyle Smith. Outros integrantes da equipe incluem o professor Xiulei "David" Ji, o diretor da Instalação de Microscopia Eletrônica Peter Eschbach, o pesquisador pós-doutorado Min Soo Jung e o membro do corpo docente colaborador William Stickle.