Nanotubos de porfirina quebram molécula de água para produzir hidrogênio

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/03/2005

Fazer com que a luz do sol quebre moléculas de água para produzir hidrogênio, utilizando equipamentos tão pequenos que não podem ser vistos em um microscópio comum. Esse é o objetivo de um grupo de pesquisadores dos Laboratórios Sandia, Estados Unidos. A pesquisa está chamando a atenção de químicos do mundo todo que trabalham na busca de métodos de obtenção do hidrogênio a partir da água.

"O objetivo maior da pesquisa é projetar e construir novos tipos de equipamentos em nanoescala," explica o líder dos pesquisadores, John Shelnutt. Para isso, eles terão que vencer desafios em áreas como síntese química, auto-montagem de estruturas, processos de transferência de energia e fotocatálise. "Controlar esses processos é necessário para se construir nanoequipamentos para a quebra eficiente da água, potencialmente viabilizando uma economia baseada no hidrogênio produzido a partir da luz solar," explica ele.

As possibilidades de utilização da luz do sol para quebrar moléculas de água em nanoescala cresceram com o desenvolvimento de nanotubos feitos inteiramente de porfirina. Eles foram descobertos por Zhongchun Wang, outro membro da equipe. Esses nanotubos ativados pela luz podem ser moldados para terem minúsculos depósitos de platina e outros metais e semicondutores, tanto do lado de fora quanto do lado de dentro do tubo.

Os nanotubos de porfirina podem ter até vários micra de comprimento, com diâmetros entre 50 e 70 nanômetros e espessuras de parede na faixa de 20 nanômetros. Eles são feitos pela auto-montagem iônica de duas porfirinas de cargas opostas. Porfirinas são moléculas relacionadas à clorofila, a parte ativa das proteínas fotossintéticas.

Quando expostos à luz, alguns nanotubos de porfirina podem fazer crescer fotocataliticamente estruturas metálicas sobre a superfície do nanotubo, criando nanodispositivos funcionais. Por exemplo, quando os nanotubos são colocados em uma solução com íons de ouro ou platina e expostos à luz do sol, sua atividade fotocatalítica causa a redução dos íons para o metal. Utilizando esse método os pesquisadores depositaram platina do lado de fora do nanotubo e construíram um nanofio de ouro no seu interior.

O nanotubo com ouro por dentro e platina por fora é o coração do nanodispositivo que pode quebrar a água em oxigênio e hidrogênio. Os cientistas já demonstraram que os nanotubos com partículas de platina na superfície podem produzir hidrogênio quando iluminados.

Para completar o nanodispositivo que quebra a molécula de água, deve-se adicionar uma nanopartícula de um fotocatalisador inorgânico que produz oxigênio. Ela é colocada na pequena bola de ouro que se forma naturalmente na saída do tubo.

O ouro funciona como condutor de elétrons entre os componentes produtores de oxigênio e de hidrogênio do dispositivo. Ele também mantém os dois gases separados para prevenir danos durante a operação.

"Dispositivos desse tipo em escala de laboratório já foram construídos por outros," afirma Shelnutt. "O que nós estamos fazendo é reduzir o tamanho do dispositivo para usufruir dos benefícios da arquitetura em nanoescala."

Mas a quebra de moléculas de água é apenas uma das possíveis aplicações dos nanotubos de porfirina. Os cientistas esperam que esses nanotubos brilhantes possam ser utilizados como condutores, semicondutores e fotocondutores.