Engenheiros químicos da EPFL desenvolveram uma nova abordagem para a fotossa­ntese artificial, um manãtodo de captação de energia solar que produz hidrogaªnio como combusta­vel limpo a partir da a¡gua.

"A fotossa­ntese artificial éo santo graal de todos os qua­micos", diz Astrid Olaya, engenheira química do Instituto de Ciências Quí­micas e Engenharia da EPFL (ISIC). "O objetivo écapturar a luz do sol, por um lado para oxidar a águapara gerar oxigaªnio e pra³tons e, por outro, reduzir pra³tons a hidrogaªnio ou CO 2 a produtos químicos e combusta­veis. Essa éa essaªncia de uma indústria química circular ."

Com o aumento da demanda global de energia, precisamos de alternativas via¡veis ​​aos combusta­veis fa³sseis, cujo impacto ambiental negativo também se tornou evidente. Uma dessas alternativas éo hidrogaªnio, que pode ser consumido em células de combusta­vel simples para energia, deixando apenas a¡gua.

Um manãtodo para produzir hidrogaªnio éa "divisão da a¡gua", onde as moléculas de águasão quebradas em hidrogaªnio molecular e oxigaªnio. Na fotossa­ntese artificial , a luz éabsorvida para gerar a energia necessa¡ria para quebrar as moléculas de água.

O projeto cla¡ssico de um dispositivo de fotossa­ntese artificial érelativamente simples: um corante absorvente de luz chamado antena, acoplado a um semicondutor que separa as cargas elanãtricas (a¢nodo e ca¡todo) e um eletrocatalisador que conduz a reação de redução-oxidação da a¡gua.

No entanto, o processo continua muito lento. A oxidação da águacom luz visível (por exemplo, luz solar) ainda éum gargalo para a fotossa­ntese artificial, dificultando o desenvolvimento em larga escala, apesar de mais de meio século de pesquisa. "O problema éque édifa­cil encontrar materiais de eletrodos com alta estabilidade química, propriedades optoeletra´nicas adequadas e alta eficiência catala­tica", diz Olaya.

Trabalhando no laboratório de Hubert Girault na EPFL, Olaya liderou um estudo que fornece uma nova abordagem a  fotossa­ntese artificial. O trabalho foi publicado no Journal of the American Chemical Society Gold ( JACS Au ).

"Neste estudo, foto-oxidamos a águacom uma molanãcula orga¢nica simples, ou seja, tetratiafulvaleno (TTF)", diz Olaya. "Foi demonstrado que uma versão salgada do TTF pode se automontar em microbastaµes que atuam como antenas para capturar a luz visível e como bombas de elanãtrons para oxidar a águaem oxigaªnio". Normalmente, esta éuma reação lenta de várias etapas, mas a pilha de moléculas de sal TTF pode capturar os quatro elanãtrons necessa¡rios para oxidar uma molanãcula de a¡gua.

Os pesquisadores também usaram águaem uma emulsão de a³leo. "A antena TTF pode residir na fase oleosa próxima a  fase aquosa, de onde são extraa­dos os pra³tons produzidos a partir da oxidação da água", diz Olaya. "Assim como na fotossa­ntese natural, o sistema bifa¡sico permite uma separação eficiente dos reagentes e produtos."

O TTF écomposto apenas de a¡tomos de carbono, enxofre e hidrogaªnio , todos amplamente dispona­veis. Isso significa que o novo manãtodo também éecona´mico e sustenta¡vel, pois não requer a­ons de metais preciosos, como platina ou ira­dio. "Este trabalho éuma nova maneira de abordar a fotossa­ntese artificial com apenas algumas moléculas orga¢nicas simples", diz Olaya.