Pesquisadores descobriram um semicondutor orgânico que pode produzir hidrogênio a partir da água, sem usar uma fonte de energia elétrica.
Fonte: TechXplore (Traduzido para o Português)
Pesquisadores da EPFL mostraram que uma única camada de semicondutor orgânico pode produzir hidrogênio ou oxigênio, dependendo somente da camada molecular abaixo do semicondutor. Usando este efeito, eles construíram a primeira lâmina fotocatalítica baseada em semicondutor, que divide moléculas de água usando a luz do Sol sem tensão elétrica aplicada.
Lâminas fotocatalíticas combinam, lado a lado, regiões de liberação de hidrogênio e oxigênio em um único substrato condutor. Evitando a fiação externa de células fotoeletroquímicas e os mediadores redox dissolvidos em suspensões de partículas, tornando a arquitetura atrativa para a produção em grande escala de hidrogênio com energia solar. Até agora, estas lâminas dependiam de partículas semicondutoras inorgânicas, que são difíceis de montar em uma lâmina funcional.
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Em um estudo publicado na Nature Energy, a equipe liderada pelo Dr. Nicolas Diercks e pelo Dr. Jin Su Park, do laboratório LIMNO, da EPFL, adotou uma aproximação diferente. Eles depositaram uma solução de heterojunção volumosa de polímero semicondutor processado (PBDTTTPD:PNDIHDT) em um substrato de FTO modificado com pequenas moléculas que se automontaram, cujos pontos de dipolo estão em direções opostas. Em um contato à base de carbazol (2PACz), o filme age como um fotocátodo para a produção de hidrogênio. No novo contato à base de naftalimida, o mesmo filme age como um fotoanodo para a produção de oxigênio.
A equipe organizou as duas moléculas em microdomínios por impressão de contato, em seguida, adicionaram cocatalizadores de platina e óxido de irídio. A lâmina resultante divide as moléculas de água, sem viés, por mais de 2 horas, produzindo hidrogênio e oxigênio na taxa esperada de 2 por 1. A taxa estabilizada de hidrogênio de 1,3 µmol h⁻¹ cm⁻² corresponde à eficiência modesta de solar para hidrogênio de 0,1%.
O estudo também identifica os limites de desempenho. Diminuindo o tamanho dos domínios de 1 mm para 100 μm ou 10 μm reduziu a eficiência, pois a carga de extração é mais fraca nas fronteiras entre os domínios. Uma simples deposição por spray para a camada inferior estruturada mostra como o conceito pode ser escalonado. A eficiência ainda é muito baixa para aplicações práticas, mas o trabalho mostra uma estratégia de projeto para lâminas fotocatalizadoras orgânicas e aponta os próximos passos. Estes incluem aceitadores com largura de banda mais estreita, moléculas com melhor seletividade de carga e uma deposição mais seletiva de cocatalizadores.
