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Uma equipe de pesquisadores, liderada pelo Professor Jungki Ryu da Escola de Energia e Engenharia Química da UNIST e pelo Professor Soojin Park da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang (POSTECH), alcançou um avanço significativo no desenvolvimento de um fotocatalisador de silício híbrido. Este catalisador inovador utiliza energia solar para produzir hidrogénio e compostos de alto valor de forma eficiente, marcando um grande passo em frente na tecnologia de produção de hidrogénio verde.
O fotocatalisador recentemente desenvolvido é atóxico e ecológico, abordando as limitações associadas aos catalisadores anteriores que não respondiam à luz solar ou apresentavam problemas de toxicidade. Os fotocatalisadores à base de silício demonstram excelentes propriedades de absorção de luz, tornando-os altamente eficientes na utilização de energia solar. Além disso, estes materiais não tóxicos não emitem produtos químicos nocivos durante o seu processo de produção.
Pesquisas anteriores enfrentaram desafios para alcançar a produção contínua de hidrogênio juntamente com compostos de alto valor devido à falta de catalisadores adequados. Catalisadores tóxicos usados sob condições de base fortes muitas vezes levaram a problemas de poluição ambiental. Além disso, à medida que as camadas de óxido se formaram nos fotocatalisadores de silício tradicionais durante as reações, isso impactou negativamente a eficiência da produção de hidrogênio ao longo do tempo.
Para superar esses obstáculos, a equipe de pesquisa desenvolveu um fotocatalisador de silício híbrido revestindo uniformemente pontos quânticos de grafeno dopados com níquel na superfície de flocos de silício com 2 a 3 nm de espessura. A superfície modificada permitiu uma eficiência de produção de hidrogênio significativamente maior em comparação com os fotocatalisadores de silício convencionais – alcançando uma taxa impressionante de 14,2 mmol gcat-1 h-1 – uma melhoria substancial que equivale a um desempenho aproximadamente 28 vezes maior.
Além disso, através de reações de oxidação utilizando biomassa em vez de água – uma substância orgânica derivada de fontes biológicas – o fotocatalisador de silício híbrido demonstrou a sua capacidade de produzir compostos de alto valor juntamente com a produção de hidrogénio. O catalisador também manteve 98% da sua forma original, garantindo estabilidade a longo prazo.
O professor Ryu afirmou: “Pesquisas anteriores sobre a produção de hidrogênio foram limitadas a fotocatalisadores que absorvem raios ultravioleta ou envolvem catalisadores tóxicos. Nosso fotocatalisador de silício não tóxico e econômico é um avanço significativo, pois permite a produção de hidrogênio de alta eficiência por meio de absorção solar superior .”
O professor Park acrescentou: “A técnica de modificação de superfície utilizando pontos quânticos de grafeno dopados com níquel pode ser aplicada não apenas a fotocatalisadores de silício, mas também a vários outros tipos de fotocatalisadores, abrindo novas possibilidades em aplicações energéticas.”
O estudo contou com a participação conjunta de Yuri Choi (Professor Assistente de Pesquisa, Escola de Energia e Engenharia Química, UNIST) e Sungho Choi (Programa Combinado de MS/Ph.D. de Ciência de Materiais Avançados, POSTECH). Os resultados deste estudo foram publicados em Materiais avançados em 27 de julho de 2023. Este estudo foi apoiado por doações da Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia (NRF), financiada pelo Ministério da Ciência e TIC da Coreia, bem como pelo Programa de Pesquisa Científica Básica por meio da NRF, financiado pelo Ministério da Educação da Coreia.
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