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Materiais de nanodiamante têm grande potencial como catalisadores. Nanopartículas baratas feitas de carbono fornecem superfícies muito grandes em comparação com seu volume. No entanto, para acelerar cataliticamente as reações químicas em meio aquoso, os elétrons do catalisador precisam entrar em solvatação e isso requer em materiais de diamante puro luz ultravioleta de alta energia para excitação. Por outro lado, os tamanhos extremamente pequenos das nanopartículas permitem novos estados moleculares nas superfícies dos nanodiamantes que também absorvem a luz visível.
Superfícies diferentes
Como parte do projeto DIACAT, uma equipe da HZB já investigou diferentes variantes de materiais de nanodiamante durante a excitação com luz e analisou os processos com resolução de tempo extremamente alta. Amostras de nanodiamantes com diferentes químicas de superfície foram produzidas pelo grupo do Dr. Jean-Charles Arnault, CEA, França e Prof. Anke Krueger, agora na Universidade de Stuttgart. As nanopartículas diferiam em suas superfícies, que continham diferentes quantidades de átomos de hidrogênio ou oxigênio.
O hidrogênio ajuda – e o carbono semelhante ao fulereno também
“O hidrogênio nas superfícies torna a emissão de elétrons muito mais fácil”, explica o Dr. Tristan Petit, especialista em nanodiamantes da HZB. “Entre as muitas variantes, descobrimos que uma certa combinação de hidrogênio e carbono semelhante ao fulereno nas superfícies das nanopartículas é ideal”, diz ele.
Excitações de laser ultrarrápido
No Laserlab da HZB, eles estudaram dispersões aquosas de nanodiamantes com diferentes terminações de superfície, como hidrogênio, -OH ou -COOH, depois de excitá-las com pulsos de laser ultrarrápidos. “Fomos capazes de medir experimentalmente exatamente como o perfil de absorção se comporta com diferentes comprimentos de onda de excitação na faixa UV a 225 nm e com luz azul na faixa visível a 400 nm”, explica o Dr. Christoph Merschjann, HZB.
Picossegundos após a excitação
“Queríamos descobrir o que acontece nos primeiros picossegundos cruciais após a excitação com a luz, porque é o momento em que um elétron deixa a superfície e entra na água”, diz Merschjann. A equipe teórica liderada pela Dra. Annika Bande contribuiu com modelagem com a teoria do funcional da densidade para interpretar os espectros. Os dados mostraram, como esperado, que a luz ultravioleta traz elétrons para a solução em todas as amostras, mas para aquelas amostras que tinham carbono tipo fulereno em suas superfícies, isso também foi obtido com luz visível.
A luz azul pode funcionar
“Neste trabalho, mostramos – com o melhor de nosso conhecimento pela primeira vez – que a emissão de elétrons solvatados de nanodiamantes na água é possível com luz visível!”, Petit resume os resultados. Este é um passo decisivo para a abertura de materiais de nanodiamante como fotocatalisadores. Esses materiais baratos e sem metal podem ser a chave para o processamento adicional de CO2 em hidrocarbonetos valiosos com a luz solar no futuro, ou mesmo para converter N2 em amônia.
Nota: DIACAT recebeu financiamento do Programa de Pesquisa e Inovação Horizonte 2020 da União Europeia sob o Contrato de Doação no 665085.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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