Em artigo destacado em capa do periódico ACS Applied Energy Materials, pesquisadores do CINE apresentam um material promissor para a geração de hidrogênio verde em grande escala.

O hidrogênio é um combustível renovável que não gera emissões de carbono durante o uso. Porém, os métodos de produção de hidrogênio hoje disponíveis não são ambientalmente amigáveis. Uma das alternativas mais limpas e sustentáveis para se obter hidrogênio é realizar a divisão da molécula de água por meio de reações eletroquímicas, usando a luz do Sol como fonte de energia. Esse processo acontece em células fotoeletroquímicas, que são equipamentos simples formados por um cátodo e um ânodo (eletrodos), em cujas superfícies ocorrem as reações que geram o hidrogênio e o oxigênio, respectivamente.

Para que essa tecnologia possa ser utilizada fora do laboratório, um dos principais desafios é desenvolver materiais para o fotocátodo, usando matérias-primas abundantes e não tóxicas, que sejam eficientes na sua tarefa de gerar cargas ao serem excitados pela luz. “Esses materiais têm a função de gerar cargas positivas e negativas quando iluminados, como se fossem os pólos positivo e negativo de uma pilha, e essas cargas levam à reação de redução da água, a qual tem na sua composição o próton, espécie H+, que ao sofrer a redução gera o gás hidrogênio, H2”, explica a professora Lucia Helena Mascaro (UFSCar) coautora do trabalho.

No programa Portadores Densos de Energia do CINE, a professora Lucia lidera um grupo de pesquisadores que vem trabalhando no desenvolvimento de materiais para o fotocátodo. Em trabalhos recentes, eles têm procurado otimizar o sulfeto de antimônio (Sb2S3) – um semicondutor que, apesar cumprir com as condições desejáveis para um bom fotocátodo, tinha seu desempenho limitado pelo processo de recombinação de cargas que ocorre na sua estrutura. Nesse processo, as cargas positivas e negativas geradas pela ação da luz no material se recombinam em busca de estabilidade, impedindo que ocorram as reações necessárias para gerar o hidrogênio. Por isso, o desafio é diminuir a velocidade de recombinação das cargas e, assim, fazer com que mais reações eletroquímicas ocorram e mais hidrogênio seja gerado.

Com esse objetivo, os pesquisadores do CINE depositaram nanopartículas de sulfeto de molibdênio (MoSx) na superfície de filmes de sulfeto de antimônio usando a técnica de fotoeletrodeposição – um método que também se vale da luz para incorporar nanopartículas em pontos determinados de uma superfície, conseguindo alta precisão. Após a deposição dos catalisadores, os cientistas observaram que a recombinação de cargas nos filmes se reduziu e, em consequência, a corrente gerada dobrou e os fotocatodos aumentaram significativamente a quantidade hidrogênio produzido.

O trabalho conseguiu melhorar o desempenho desses filmes na geração de hidrogênio, usando materiais abundantes e não tóxicos e processos de baixo custo e escaláveis. Dessa forma, segundo os autores, o material desenvolvido torna-se um candidato altamente promissor para a obtenção de hidrogênio em escala industrial em células foteletroquímicas.

Referência do artigo científico: Improved Photoelectrochemical Hydrogen Gas Generation on Sb2S3 Films Modified with an Earth-Abundant MoSx Co-Catalyst. Moises Araujo, Magno B. Costa  e Lucia Helena Mascaro. ACS Appl. Energy Mater. 2022, 5, 1, 1010–1022. https://doi.org/10.1021/acsaem.1c03374.

Autores do artigo que são membros do CINE: Moisés A. de Araújo (membro do CINE no momento da pesquisa), Magno B. Costa (doutorando na UFSCar) e Lucia H. Mascaro (professora da UFSCar).