Uma equipe de pesquisa composta pelos professores Hirona Ito e Masahiro Miyauchi da Universidade de Ciência de Tóquio (antigo Instituto de Tecnologia de Tóquio), pelos professores Mio Nakai e Hideyuki Nakano da Universidade Kindai e pelo professor Takahiro Kondo da Universidade de Tsukuba, no Japão, descobriu recentemente um novo material sólido para armazenamento de hidrogênio: o silano hidrogenado em camadas (L-HSi). Este material pode liberar gás hidrogênio simplesmente por irradiação com luz visível em temperatura e pressão ambientes. Os resultados da pesquisa foram publicados online no periódico acadêmico Advanced Optical Materials.
As principais tecnologias atuais de armazenamento e transporte de hidrogênio enfrentam gargalos significativos: o armazenamento de hidrogênio gasoso em alta pressão apresenta baixa densidade e riscos à segurança; o armazenamento de hidrogênio líquido requer temperaturas extremamente baixas e alto consumo de energia; embora a amônia tenha alta densidade de armazenamento de hidrogênio, seu processo de desidrogenação consome muita energia, e a própria amônia é corrosiva e tóxica. A maioria das ligas sólidas para armazenamento de hidrogênio tem densidade de armazenamento de hidrogênio limitada devido à presença de metais pesados. A descoberta do L-HSi oferece uma nova abordagem para solucionar esses desafios. Esse material, composto de silício e hidrogênio na proporção de 1:1, apresenta uma alta capacidade de armazenamento de hidrogênio em massa de 3,44% em peso e é um material de estado sólido estável que pode armazenar hidrogênio com segurança sem condições complexas.
A equipe de pesquisa sintetizou o pó de L-HSi por meio da descalcificação do CaSi₂ com ácido clorídrico. Em uma atmosfera de argônio, os pesquisadores utilizaram uma lâmpada de xenônio para simular a irradiação de luz visível no material e observaram com sucesso a geração de hidrogênio à temperatura e pressão ambientes. Os experimentos confirmaram que o L-HSi possui um gap de banda óptica de 2,13 eV, correspondente a um comprimento de onda de aproximadamente 600 nm, absorvendo efetivamente a luz visível. O aquecimento subsequente em um ambiente escuro e a análise espectral detalhada descartaram o papel dominante dos efeitos fototérmicos, confirmando que a liberação de hidrogênio se origina da excitação do gap de banda após a iluminação. Sob irradiação de luz em comprimentos de onda abaixo de 600 nm, o material libera hidrogênio e atinge uma eficiência quântica máxima de 7,3% em um comprimento de onda de 550 nm. Em experimentos de irradiação de longa duração dispersos em meio orgânico, aproximadamente 46,7% dos átomos de hidrogênio ligados no L-HSi foram liberados, e a produção de hidrogênio também foi alcançada com sucesso usando luz solar de baixa intensidade ou fontes de luz LED.
O L-HSi, como um transportador de hidrogênio em estado sólido seguro, leve e energeticamente eficiente, abre um novo caminho tecnológico para o armazenamento e transporte de energia de hidrogênio. Sua capacidade de desencadear a liberação de hidrogênio usando fontes de luz comuns aumenta consideravelmente a conveniência e a segurança de sua aplicação. Olhando para o futuro, a equipe de pesquisa afirmou que se concentrará em aprimorar o desempenho de armazenamento reversível de hidrogênio deste material e promover sua preparação em larga escala, com o objetivo final de alcançar sua aplicação comercial em sistemas práticos de energia de hidrogênio.
