Um novo sistema altamentesensívelpara detectar a produção de gás hidrogaªnio pode desempenhar um papel importante na busca de desenvolver o hidrogaªnio como uma alternativa ecologicamente correta e econa´mica aos combusta­veis fa³sseis, segundo cientistas da Penn State.

"Construa­mos um novo sistema para detectar a evolução do hidrogaªnio que éo maissensíveldo mundo", disse Venkatraman Gopalan, professor de ciência e engenharia de materiais e física da Penn State. "Isso aborda um problema que não foi abordado, mas que éimportante no futuro para a descoberta de materiais".

A ferramenta pode ser usada para rastrear fotocatalisadores promissores, materiais que, quando colocados na águae expostos a  luz solar, facilitam reações que dividem as moléculas de águaem gases de hidrogaªnio e oxigaªnio, disseram os cientistas. O processo, chamado de separação de a¡gua, oferece uma fonte limpa e renova¡vel de hidrogaªnio, mas éineficiente e encontrar os fotocatalisadores certos para aumentar a produção de hidrogaªnio tem sido um desafio.

Em um estudo, a equipe descobriu que poderia testar quantidades menores de material fotocatalisador do que anteriormente possí­vel e detectar quantidades muito pequenas de gás hidrogaªnio produzido, ou evolução de hidrogaªnio, na faixa de dezenas de nanomoles por hora por dezenas de miligramas de material. Eles publicaram recentemente suas descobertas na Revisão de Instrumentos Cienta­ficos .

“Se vocêse classificou baixo nas categorias de taxa de evolução do hidrogaªnio e na massa do fotocatalisador necessa¡rio, significa que éum sistema realmentesensívelpara descobrir novos materiais fotocatala­ticos”, disse Huaiyu “Hugo” Wang, estudante de pós-graduação do Departamento de Materiais. Ciência e Engenharia que liderou o estudo e construiu o sistema. "E acontece que nosso trabalho foi o melhor em ambas as categorias."

O desenvolvimento de fotocatalisadores éuma área de intensa pesquisa. Na Penn State, cientistas liderados por Ismaila Dabo, professora associada de ciência e engenharia de materiais, recentemente usaram um supercomputador para reduzir uma lista de mais de 70.000 compostos diferentes a seis candidatos promissores . Outra equipe liderada por Raymond Schaak, professor de química de materiais da DuPont, sintetizou os materiais em seu laboratório, mas criar mesmo pequenas quantidades écaro e demorado.

"Os fotocatalisadores ta­picos usam metais raros e preciosos, como a platina, que são imensamente caros", disse Julian Fanghanel, estudante de pós-graduação em ciência e engenharia de materiais que écoorientado por Dabo e Schaak. "Para este projeto, estamos fazendo dezenas de amostras de materiais, portanto, produzi-los em grandes quantidades éimpratica¡vel, demorado e caro."

Gopalan disse que o novo sistema permitira¡ que os cientistas testem quantidades menores desses materiais e concentrem os esforços nos candidatos mais promissores. Mas quando chegou a hora de testar as amostras, os pesquisadores descobriram que os equipamentos comerciais não eram sensa­veis o suficiente, então Gopalan e Wang construa­ram seus pra³prios.

"Eles desenvolveram desde o ini­cio uma configuração de cromatografia gasosa excepcionalmentesensívelpara a detecção reproduta­vel de hidrogaªnio, que foi fundamental para a validação de nossas previsaµes computacionais", disse Dabo. “Esta capacidade recanãm-desenvolvida foi um fator chave para confirmar a descoberta de novos fotocatalisadores para a produção solar de hidrogaªnio”.

Ao contra¡rio das unidades comerciais, o novo design pode testar fotocatalisadores em estado puro, disseram os cientistas. Para serem eficazes, os fotocatalisadores requerem cocatalisadores e outras técnicas que melhoram ainda mais sua eficiência. O padra£o-ouro, por exemplo, éo dia³xido de tita¢nio compartículas de platina adicionadas como co-catalisador. Fotocatalisadores sem esses complementos são considerados vazios.

"Quando estamos olhando para novos materiais, não sabemos quais sera£o os cocatalisadores corretos", disse Wang. "A resposta simples anã: detectar a forma nua éa maneira mais rápida de ajudar a orientar a direção desse processo de descoberta de materiais."

Dois dos materiais fotocatalisadores testados como parte do estudo tiveram um desempenho melhor do que o dia³xido de tita¢nio em seu estado puro, disseram os cientistas. Os resultados sugerem que um estudo mais aprofundado desses materiais pode produzir fotocatalisadores promissores.

"Se vocêtem um composto simples que se comportou muito melhor do que o dia³xido de tita¢nio, sabemos que este éum material potencial para otimizar", disse Wang. “Se encontrarmos os cocatalisadores certos para esses materiais, podemos melhora¡-los em ordens ou magnitudes e esses materiais podem eventualmente ser aºteis na divisão da a¡gua”.

Os cientistas disseram que o sistema éacessa­vel e fa¡cil de construir a partir de componentes disponí­veis comercialmente. Ele apresenta uma baixa taxa de vazamento e um pequeno tamanho de volume da ca¢mara de reação, o que permite uma sensibilidade de detecção três ordens de grandeza maior para evolução de hidrogaªnio do que um sistema de cromatografia gasosa convencional.

"Nãoéuma tecnologia totalmente nova, éapenas engenharia superior", disse Gopalan. "O valor disso éque éum sistema simples e econa´mico que qualquer pessoa pode construir. E se o fizerem, sua pesquisa para descobrir novos fotocatalisadores serámuito mais rápida."

Tambanãm contribuiu da Penn State Rebecca Katz, estudante de pós-graduação no Eberly College of Science.