Trabalhando em colaboração com o Italcementi HeidelbergCement Group e outros parceiros, os cientistas de Cambridge desenvolveram um fotocatalisador que degrada até70% mais a³xidos de nitrogaªnio atmosfanãrico (NO x ) do que as nanoparta­culas de tita¢nia padrãoem testes com poluentes reais.

A poluição atmosfanãrica éum problema crescente, principalmente nas áreas urbanas e nospaíses em desenvolvimento. Segundo a Organização Mundial da Saúde, uma em cada nove mortes no mundo pode ser atribua­da a doenças causadas pela poluição do ar. Poluentes orga¢nicos, como a³xidos de nitrogaªnio e compostos vola¡teis, são a principal causa disso e são emitidos principalmente por escapamentos de vea­culos e pela indaºstria.

Enquanto os pesquisadores estãodesenvolvendo novas tecnologias e fontes de energia que reduzira£o drasticamente o volume de poluentes emitidos na atmosfera, eles também estãoem busca de novas maneiras de remover mais poluentes da atmosfera. Fotocatalisadores como a tita¢nia são uma maneira de fazer isso. Quando a tita¢nia éexposta a  luz solar, degrada os a³xidos de nitrogaªnio e os compostos orga¢nicos vola¡teis presentes nasuperfÍcie, oxidando-os em produtos inertes ou inofensivos.

Agora, em um estudo publicado na revista Nanoscale , os pesquisadores demonstraram que um composto de tita¢nia e grafeno - uma forma bidimensional de carbono - tem propriedades de fotodegradação significativamente mais poderosas que o tita¢nio puro.

Pesquisadores do Cambridge Graphene Centre prepararam e testaram o composto, confirmando sua capacidade de degradar fotocataliticamente moléculas poluentes, depois os pesquisadores da Italcementi aplicaram o revestimento no concreto para investigar seu potencial de remediação ambiental.

Ao realizar a esfoliação em fase la­quida de grafite - um processo que cria grafeno - na presença de nanoparta­culas de tita¢nia, usando apenas águae pressão atmosfanãrica, os cientistas criaram o novo nanocompa³sito de grafeno-tita¢nia.

Eles descobriram que ele remove passivamente poluentes do ar quando revestido nasuperfÍcie dos materiais. Se aplicados ao concreto na rua ou nas paredes dos edifa­cios, os produtos de fotodegradação inofensivos podem ser lavados pela chuva ou pelo vento ou limpos manualmente.

Para medir os efeitos da fotodegradação, a equipe testou o novo fotocatalisador contra o NO x e registrou uma melhoria de 70% na degradação fotocatala­tica de a³xidos de nitrogaªnio em comparação com a tita¢nia padra£o. Eles também usaram a rodamina B como modelo para poluentes orga¢nicos vola¡teis, pois sua estrutura molecular se assemelha muito a  dos poluentes emitidos por vea­culos, indústria e agricultura. Eles descobriram que 40% a mais de rodamina B foi degradada pelo composto de grafeno-tita¢nia do que apenas pelo tita¢nio, em águasob irradiação UV.

“A unia£o do grafeno a  tita¢nia nos deu excelentes resultados na forma de pa³ - e poderia ser aplicada a diferentes materiais, dos quais o concreto éum bom exemplo para o uso generalizado, ajudando-nos a alcana§ar um ambiente mais sauda¡vel. a‰ de baixa manutenção e ambientalmente amiga¡vel, pois requer apenas a energia do sol e nenhuma outra entrada ”, disse Goisis.

Mas hádesafios a serem enfrentados antes que isso possa ser usado em escala comercial. Sa£o necessa¡rios manãtodos mais baratos para produzir grafeno em massa. As interações entre o catalisador e o material hospedeiro precisam ser aprofundadas, bem como estudos sobre a estabilidade a longo prazo do fotocatalisador no ambiente externo.

Medidas de espectroscopia de absorção transita³ria ultra-rápidas revelaram um processo de transferaªncia de elanãtrons da tita¢nia para os flocos de grafeno, diminuindo a taxa de recombinação da carga e aumentando a eficiência da fotoprodução de espanãcies reativas - o que significa que mais moléculas poluentes poderiam ser degradadas.

Com base nesse conceito, os cientistas também estãotrabalhando em outro produto - um composto de concreto de grafeno eletricamente condutor, que foi apresentado no Mobile World Congress em fevereiro deste ano. Quando inclua­da como uma camada no piso, libera calor quando uma corrente elanãtrica passa por ele. Isso pode ser usado para aquecer edifa­cios ou ruas sem usar águade um tanque ou caldeira. Tambanãm poderia ser usado para criar concreto com detecção automa¡tica, capaz de detectar tensaµes ou deformações nas estruturas de concreto e monitorar defeitos estruturais, fornecendo sinais de alerta se a integridade estrutural estiver próxima da falha.

"Um número cada vez maior de empresas reconhece o potencial do grafeno em novas e aprimoradas tecnologias", disse a professora Andrea Ferrari, diretora do Cambridge Graphene Center e coautora do artigo atual. “Este trabalho demonstrou uma aplicação clara de grafeno para a degradação de poluentes ambientais. Isso pode não apenas trazer benefa­cios comerciais, mas, mais importante, um ambiente mais limpo e sauda¡vel”.