Equipe de pesquisa da Universidade de Yale desenvolve novo método para observar processos fotocatalíticos em nanoescala em tempo real

De acordo com pt.wedoany.com-A equipe de pesquisa da Universidade de Yale, nos EUA, desenvolveu recentemente um método inovador que permite observar em tempo real, na nanoescala, o processo de divisão da água em hidrogênio e oxigênio por fotocatalisadores. Com uma precisão de cerca de 10 nanômetros, esta técnica revela o movimento dinâmico de elétrons e lacunas no material, fornecendo insights cruciais para a produção de combustíveis solares.

O professor de Engenharia Química e Ambiental, Shu Hu, que liderou a pesquisa, afirmou: "Estamos muito animados porque este método nos permite observar os fotocatalisadores 'em ação' com uma combinação única de realismo e resolução." O método supera limitações de longa data na área, permitindo uma análise quantitativa de alta resolução de processos fotoeletroquímicos através de medições simultâneas de amperometria e voltametria.

A equipe criou um sistema que incorpora uma "nanoponta" - uma ponta de quartzo em nanoescala com um fio de platina no centro - para controlar com precisão o contato superficial sem danificar o dispositivo. Hu observou que uma grande surpresa foi a capacidade de medir a voltagem de materiais semicondutores sob iluminação, e não apenas a corrente na superfície metálica.

Com uma resolução espacial de aproximadamente 10 nanômetros, o estudo aborda a variação espacial nas reações fotocatalíticas. No sistema Pt/Nb:TiO2, ele identificou locais catódicos e anódicos separados por cerca de 150 nm, com potenciais de superfície locais de aproximadamente -0,53 V e +0,58 V em relação a Ag/AgCl, respectivamente. Análises complementares revelaram a coexistência de Pt metálico e espécies de Pt oxidado, estabelecendo uma energética de superfície assimétrica consistente com uma diferença de cerca de 1,5 eV nas posições locais das bordas da banda.

A fotocatálise solar é promissora para a produção sustentável de energia, mas o progresso tecnológico tem sido dificultado pela falta de compreensão dos mecanismos de funcionamento do processo. Este novo método pode ajudar a melhorar as tecnologias relacionadas à produção de combustíveis e produtos químicos limpos usando a luz solar, pavimentando o caminho para o design de melhores materiais para combustíveis solares. Os resultados da pesquisa foram publicados na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.