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Aug 15, 2023

Novo tipo de visível

Imagem da Universidade de Joanesburgo: Um novo tipo de fotocatalisador de luz visível eficiente e econômico para processos industriais foi desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Joanesburgo. O

Universidade de Joanesburgo

image: Um novo tipo de fotocatalisador de luz visível eficiente e econômico para processos industriais foi desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Joanesburgo. A pesquisa aparece em https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S246821792300062X.Veja mais

Crédito: Gráfico de Therese van Wyk, Universidade de Joanesburgo

Pesquisadores da Universidade de Joanesburgo desenvolveram um novo tipo de fotocatalisador que aproveita a porção visível do espectro da luz solar. Actualmente, os fotocatalisadores económicos e ecológicos apenas “utilizam” o espectro UV da luz solar, por exemplo, o dióxido de titânio normalmente utilizado e outros equivalentes próximos.

A pesquisa é publicada no Journal of Science: Advanced Materials and Devices.

O fotocatalisador é o primeiro fotocatalisador de três componentes com essas propriedades fotocatalíticas específicas. É quase 90% composto por ingredientes econômicos disponíveis no mercado e simples o suficiente para ser produzido em escala em laboratórios com recursos limitados.

Em outros estudos de pesquisa, foi descrito um fotocatalisador contendo o metal nobre paládio (Pd), que também “utiliza” o espectro visível da luz solar.

Em contraste, o fotocatalisador neste estudo utiliza pequenas quantidades do carboneto de metal de transição menor, o nióbio, para preparar o terceiro componente, um nanomaterial conhecido como MXene.

O carbeto de nióbio MXene tem sido usado em uma ampla gama de aplicações fotocatalíticas, como geração de hidrogênio e conversão de dióxido de carbono em produtos valiosos.

Na forma de pó, o fotocatalisador também é extremamente estável sob altas temperaturas, umidade e variações químicas.

O problema com fotocatalisadores

Reduzir o uso de energia em processos industriais em massa pode ser complicado. Mas e se uma grande parte da energia eléctrica consumida puder ser “recuperada” pelo sol?

Os fotocatalisadores podem ser “ligados” pela luz solar e outras formas de luz. Estes podem então facilitar processos químicos em ordens de grandeza. Esses catalisadores apresentam potencial para serem usados ​​em uma variedade de indústrias de geração de energia e desintoxicação ambiental.

Mas há um porém. Atualmente, fotocatalisadores altamente eficazes tendem a ser muito caros. Também é difícil e até perigoso de fazer.

Um componente importante do custo dos fotocatalisadores pode ser metais como platina, paládio ou ouro. A utilização de metais em fotocatalisadores também não é desejável do ponto de vista ambiental.

Outro problema é que a maioria dos fotocatalisadores atuais tendem a “ligar-se” principalmente após a exposição à luz UV, que constitui apenas 5% da energia solar que atinge a superfície da Terra.

Enquanto isso, a luz visível constitui 45% da energia luminosa solar disponível e o infravermelho próximo os 50% restantes.

Adicionando um terço do espectro de luz visível

O fotocatalisador que os pesquisadores projetaram e testaram aproveita cerca de um terço do espectro de luz visível, diz o Prof Langelihle (Nsika) Dlamini. Dlamini é pesquisador do Departamento de Ciências Químicas da UJ.

Para colocar isso em números, o espectro ultravioleta (UV) tem comprimentos de onda mais curtos (alta energia), variando de 200 a 400 nanômetros. A luz solar visível tem comprimentos de onda mais longos (baixa energia) de 400 a 700 nanômetros.

A porção violeta-azul-ciano-verde da luz solar visível, próxima à luz UV, é a que responde o fotocatalisador dos pesquisadores da UJ. Esta porção de luz visível de baixa energia também “liga” o fotocatalisador para iniciar reações químicas.

“O fotocatalisador é excitado e tem uma baixa taxa de recombinação indesejável de elétrons e buracos na faixa de comprimento de onda de 420 a 520 nanômetros. Isto se deve ao design estrutural único dos materiais integrados”, afirma Dlamini.

“Isso significa que o fotocatalisador deverá ser capaz de responder a mais 15% da energia solar disponível para iniciar processos químicos, dependendo de sua eficiência”, afirma.