Energia solar

Novo material pode revolucionar geração de energia solar

Redação/Assessoria Fapesp
26/06/2018 10:54
Visualizações: 1242

Após o isolamento do grafeno, em 2004, iniciou-se uma corrida para se conseguir sintetizar novos materiais bidimensionais – como são chamados materiais com espessura de um átomo até alguns poucos nanômetros (da bilionésima parte do metro). Tais materiais possuem propriedades únicas ligadas à sua dimensionalidade e podem ser protagonistas do desenvolvimento da nanotecnologia e da nanoengenharia.

Um grupo internacional, com a participação de pesquisadores vinculados à Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), conseguiu dar origem a um novo material com essas características.

Os cientistas conseguiram extrair de um minério de ferro comum, como os explorados por muitas mineradoras no Brasil, um material chamado hemateno, que tem três átomos de espessura e propriedades fotocatalíticas incomuns.

O novo material foi descrito em um artigo publicado na revista Nature Nanotechnology. A pesquisa foi feita no Centro de Engenharia e Ciências Computacionais (CECC) – um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) apoiados pela FAPESP – e em um estágio de pesquisa no exterior, realizado também com Bolsa da FAPESP.

“O material que sintetizamos pode atuar como fotocatalisador – para dividir a água em hidrogênio e oxigênio – e permitir a geração de energia elétrica a partir de hidrogênio, por exemplo, além de ter diversas outras aplicações”, disse Douglas Soares Galvão, pesquisador do CECC e um dos autores do estudo, à Agência FAPESP.

O novo material foi extraído da hematita – mineral que é a principal fonte de ferro e o mais comum, barato e importante dos metais, usado em vários produtos, principalmente ao ser transformado em aço.

Ao contrário do carbono e de sua forma bidimensional (grafeno), a hematita é um material não van der Waals, como se chamam aqueles mantidos unidos por redes de ligações tridimensionais, em vez de interações atômicas não covalentes – em que não há compartilhamento de um ou mais pares de elétrons entre os átomos participantes na ligação – e, comparativamente, mais fracas do que as dos materiais van der Waals.

Por ser um mineral que ocorre naturalmente, ser um material não van der Waals e ter cristais grandes e altamente orientados, os pesquisadores levantaram a hipótese de que a hematita poderia atuar como um excelente precursor ara obtenção de um novo material bidimensional não van der Waals.

“A maioria dos materiais bidimensionais sintetizados até hoje foi derivada de amostras de sólidos de van der Waals. Materiais bidimensionais não van der Waals, com camadas atômicas altamente ordenadas e grãos grandes, ainda são raros”, disse Galvão.

A fim de obter a partir da hematita um material com tais características – o hemateno –, os pesquisadores utilizaram a técnica de esfoliação líquida em um solvente orgânico, a N-dimetilformamida (DMF). Por meio de microscopia eletrônica de transmissão, eles conseguiram confirmar a esfoliação e a formação do hemateno em folhas soltas de três átomos de ferro e de oxigênio (monocamada) e em folhas soltas empilhadas aleatoriamente (bicamada).

Com ensaios e cálculos matemáticos foram estudadas as propriedades magnéticas do hemateno. Por meio desses cálculos e testes, os pesquisadores descobriram que as propriedades magnéticas do hemateno diferem daquelas da hematita.

Enquanto a hematita é tipicamente antiferromagnética – seus dipolos magnéticos estão dispostos antiparalelamente –, os testes mostraram que o hemateno é ferromagnético, como um ímã comum.

“Nos ferromagnetos, os momentos magnéticos dos átomos apontam na mesma direção. Nos antiferromagnetos, os momentos nos átomos adjacentes se alternam”, explicou Galvão.

Fotocatalisador eficiente

Os pesquisadores também avaliaram as propriedades fotocatalíticas – de aumentar a velocidade de uma fotorreação pela ação de um catalisador – do hemateno. Os resultados das análises também demonstraram que a fotocatálise do hemateno é mais eficiente do que a da hematita, que já era conhecida por ter propriedades fotocatalíticas, mas não suficientemente boas para serem úteis.

Para um material ser um eficiente fotocatalisador, ele deve absorver a parte visível da luz solar, por exemplo, gerar cargas elétricas e transportá-las à superfície do material de modo a realizar a reação desejada.

A hematita, por exemplo, absorve a luz do sol da região ultravioleta à amarelo-alaranjada, mas as cargas produzidas são de vida muito curta. Como resultado, elas se extinguem antes de chegar à superfície.

Já a fotocatálise do hemateno é mais eficiente, uma vez que os fótons geram cargas negativas e positivas dentro de poucos átomos da superfície, compararam os pesquisadores. E, ao emparelhar o novo material com matrizes de nanotubos de dióxido de titânio – que fornecem um caminho fácil para os elétrons deixarem o hemateno –, eles descobriram que poderiam permitir que mais luz visível fosse absorvida.

“O hemateno pode ser um eficiente fotocatalisador, especialmente para dividir a água em hidrogênio e oxigênio, mas também pode servir como um material magnético ultrafino para dispositivos baseados em spintrônica [ou magnetoeletrônica]”, disse Galvão.

O grupo tem investigado outros materiais não van der Waals por seu potencial para dar origem a outros materiais bidimensionais com propriedades exóticas. “Há uma série de outros óxidos de ferro e seus derivados que são candidatos a dar origem a novos materiais bidimensionais”, disse Galvão.

O artigo Exfoliation of a non-van der Waals material from iron ore hematite (doi: 10.1038/s41565-018-0134-y), de Pulickel M. Ajayan e outros, pode ser lido na revista Nature Nanotechnology em www.nature.com/articles/s41565-018-0134-y.

Mais Lidas De Hoje
veja Também
Energia Elétrica
Expansão de data centers pressiona infraestrutura energé...
15/06/26
Combustível
Etanol encerra a semana em alta e com reação diante do a...
15/06/26
Gás Natural
ANP concede prazo para adequação de importadores a resol...
12/06/26
E&P
ANP divulga Calendário Estratégico Unificado de Avaliaçõ...
12/06/26
Combustíveis
ANP toma medidas para priorizar ações de respostas a imp...
12/06/26
Aviação
IBP promove fórum sobre SAF para debater a implementação...
12/06/26
GLP
Sindigás: ANP paralisa "reforma do GLP" e acena com caut...
12/06/26
Biometano
Orizon conclui incorporação da Vital e cria líder latino...
12/06/26
Manaus
Distribuidoras apoiam parecer da AGU que recomenda suspe...
12/06/26
Transição Energética
IBP debate protagonismo de São Paulo no mercado de energia
11/06/26
Etanol de milho
Atvos recebe Licença de Instalação para sua primeira uni...
10/06/26
Aviação
Acelen Renováveis e IATA firmam parceria para impulsiona...
10/06/26
Evento
Fenasucro & Agrocana 2026 aprimora rastreabilidade de em...
10/06/26
Meio Ambiente
Constellation apoia restauração de recifes de coral no N...
10/06/26
Parceria
MME promove nova rodada de debate sobre a Estratégia Nac...
09/06/26
Etanol
Preço do hidratado cai pela 2ª semana consecutiva
09/06/26
BOGE 2026
Smart Control ganha destaque na Bahia Oil & Gas Energy 2...
08/06/26
Investimentos
Mar aberto para o crescimento: investimentos impulsionam...
08/06/26
Transmissão
ENGIE lidera projeto de tecnologia inédito e investe R$ ...
08/06/26
Aviação
O Brasil pode se tornar uma potência em SAF
08/06/26
Etanol
Mercado de etanol encerra a primeira semana de junho pre...
08/06/26
VEJA MAIS
Newsletter TN

Fale Conosco

Utilizamos cookies para garantir que você tenha a melhor experiência em nosso site. Se você continuar a usar este site, assumiremos que você concorda com a nossa política de privacidade, termos de uso e cookies.