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Ciência

Aprimorando a produção de energia solar

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Pesquisa investiga como converter o dióxido de titânio em um novo material fotoativo na região da luz visível


A busca por fontes limpas e renováveis de energia tem se intensificado nos últimos anos, em especial devido ao aumento da concentração na atmosfera de gases causadores do efeito estufa e a consequente elevação na temperatura média do planeta.

Uma dessas fontes alternativas é conversão da luz solar em eletricidade através de placas fotovoltaicas. A eficiência nessa conversão depende de propriedades intrínsecas dos materiais utilizados na confecção das placas e aumenta ano a ano com a descoberta de novos e melhores materiais. Por isso, a perspectiva é que a energia solar se torne uma das principais fontes de energia elétrica até meados deste século, segundo a Agência de Energia Internacional (IEA).

O dióxido de titânio ($\rm TiO_2$) é um material abundante, atóxico, biologicamente inerte e quimicamente estável, conhecido principalmente por ser um pigmento branco utilizado em tintas, cosméticos e até pastas de dente. O $\rm TiO_2$ é também frequentemente utilizado em protetores solares, por ser especialmente capaz de absorver a radiação na região do ultravioleta, que é a parte de mais alta energia do espectro solar.

No entanto, esta mesma propriedade limita severamente a utilidade do $\rm TiO_2$ para conversão de energia solar, já que a emissão em ultravioleta compreende apenas de 5 a 8% da energia total da luz solar.

Será que essa propriedade do $\rm TiO_2$ pode ser estendida para a região da luz visível para aumentar a conversão da luz solar em energia elétrica? Para responder a essa questão, Maria Pilar de Lara-Castells, do Instituto de Física Fundamental (Espanha), e colaboradores realizaram [1] uma pesquisa inovadora em que abordam como um tratamento de especial pode alterar as propriedades ópticas do $\rm TiO_2$.

O grupo empregou as menores nanopartículas de cobre, pequenos aglomerados atômicos metálicos de tamanho sub-nanométrico. Os autores demonstram que, quando depositados na superfície do dióxido de titânio, os aglomerados de cobre são capazes de deslocar a absorção de luz solar da faixa de alta energia, ou seja, da região do ultravioleta, em direção à luz visível, em que o sol emite a maior parte de sua energia. Como consequência, muito mais energia pode ser coletada da luz solar.

Entre as análises realizadas pelos pesquisadores, foram utilizadas as instalações da linha de luz XAFS2 de espectroscopia por absorção de raios X para verificar a modificação na estrutura eletrônica dos átomos de cobre nos aglomerados nanométricos após serem depositados sobre o dióxido de titânio.

Adicionalmente, os pesquisadores planejam aplicar os resultados desta pesquisa a alguma reação relevante de fotocatálise, em que a reação química ativada por luz é facilitada por um catalisador. Ao imitar os processos de fotossíntese desencadeados pela luz solar, novos materiais fotocatalisadores oferecem também novas estratégias, por exemplo, para eliminar o gás carbônico e outros poluentes comuns na atmosfera através de processos de oxidação ativados pela energia solar.

Fonte: [1] M. P. de Lara-Castells, A. W. Hauser, J. M. Ramallo-López, D. Buceta, L. J. Giovanetti, M. A. López-Quintela, F. G. Requejo; Increasing the optical response of TiO2 and extending it into the visible through surface activation with highly stable Cu5 clusters, Journal of Materials Chemistry A 7 (2019) 7489). DOI: 10.1039/C9TA00994A