Como a Química desafia o entendimento da fotocatálise

Toda reação química tem a sua característica, como velocidade de reação e percentual de rendimento. Para a indústria, nem sempre elas são atraentes e, na grande maioria das vezes, é preciso lançar mao de catalisadores, substâncias ou processos que aceleram (ou mesmo permitem) uma determinada reação. O sonho é poder usar algo tão abundante, de preço barato, e facilmente acessível como agente catalisador, e qual candidato melhor seria além da luz? Esse é o mundo dos fotocatalisadores, até então pouco entendidos, mas uma equipe de pesquisadores parece ter desvendado o mistério.

O dr. Francisco Zaera é úm cara muito legal, culto e senhor de uma grande bagagem cultural. Talvez, o fato de ser professor do Departamento de Química da Universidade da Califórnia, que fica em Riverside, que fica na Califórnia. Ele e seus vassalos pesquisam os potenciais da fotocatálise, bem como os semicondutores usados para o processo.

O uso da fotocatálise visa dividir moléculas de água em hidrogênio e oxigênio em estado molecular (sim, eletrólise daquelas que seu filho pode fazer com água, soda cáustica, pilhas e meio metro de fio). Hidrogênio, como se sabe, é combustível altamente limpo, mas não muito seguro se você não souber o que está fazendo (mandem um abraço pro Hindenburg se o virem por aí assombrando as pessoas), mas aí já não é preocupação do dr. Chicão.

Como normalmente os semicondutores empregados são feitos com platina e ouro, você pode bem deduzir que não são baratinhos, é aí que o dr. Zuêra, digo, Zaera entra. Se eles pudessem entender a fundo o mecanismo da fotocatálise, eles poderiam desenhar semicondutores com materiais mais baratos. Dessa forma, Chicão e sua trupe estudam um modelo para explicar o efeito promotor da fotocatálise, e assim identificar melhores promotores para um futuro próximo, se não nos matarmos até lá.

O entendimento convencional é que a produção de hidrogênio a partir de água é promovida devido a uma rápida transferência de elétrons excitados do semicondutor para o metal. Isto é, a luz bate no semicondutor, chama os elétrons do dito cujo de "gostosos", estes ficam animadinhos e saem pra night pra festejar em uma espécie de baile funk molecular nos átomos metálicos, ao som do Ozzy Osbourne. Os elétrons chegam nos hidrogênios, chamam-no de "cachorras" e estes começam a rebolar ao ritmo da intensidade luminosa, mudando todo o sistema para uma rave careta, já que este blog é contra as drogas (e sim, eu estou de cara limpa).

Como o trabalho do Zaera não tem fim, sua pesquisa aponta que a transferência de elétrons do semicondutor para o metal pode não desempenhar um papel significativo na fotocatálise. Os fatos (aquelas desgraças com as quais pode se provar qualquer coisa) apontam para um modelo no qual o elétron animadaço promove a redução dos átomos de hidrogênio na superfície do semicondutor, e não no metal (Ozzy chorou!); fazendo com que o hidrogênio atômico se reduza (ganhe elétrons) e vá para o metal onde passa a hidrogênio molecular e Ozzy mostra a sua glória mais uma vez.

Isso significa dizer que o metal não participa da reação de redução do hidrogênio e sim como regulador na transformação de hidrogênio atômico em hidrogêniomolecular, quando H vira H2.

A pesquisa foi publicada na PNAS.

Zaera e sua equipe está trabalhando em compreender melhor os fundamentos da química envolvida na fotocatálise, prevendo o uso de nanoestruturas para garantir um melhor controle sobre os parâmetros estruturais do catalisador.

E eu acho que já chega! Não vou mais zaerar o dr. Zuera.

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