Nanopartículas geram eletricidade para reações químicas - sem fios

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/06/2021

As partículas, cortadas de uma folha parecida com papel, podem ter qualquer formato e tamanho - e não precisam de fios.
[Imagem: Michael S. Strano Lab/MIT]

Eletroquímica autoalimentada

Engenheiros do MIT descobriram uma maneira de gerar eletricidade usando minúsculas partículas de carbono simplesmente mergulhando-as em um solvente orgânico.

O líquido extrai elétrons das nanopartículas, gerando uma corrente elétrica que pode ser usada para alimentar reações químicas ou para robôs em micro ou nanoescala.

"Este mecanismo é novo e essa forma de gerar energia é completamente nova," disse o professor Michael Strano. "Esta tecnologia é intrigante porque tudo que você precisa fazer é fazer um solvente fluir por um leito dessas partículas. Isso permite que você faça eletroquímica, mas sem fios."

Para demonstrar o fenômeno, os pesquisadores usaram a corrente elétrica gerada pelas nanopartículas de carbono para impulsionar uma reação conhecida como oxidação do álcool - uma reação química orgânica que é importante na indústria química.

Nanopartículas geradoras de energia

A nova descoberta deriva de uma pesquisa da equipe sobre nanotubos de carbono, quando eles demonstraram, também pela primeira vez, que os nanotubos de carbono podem gerar "ondas termelétricas". Quando um nanotubo de carbono é revestido com uma camada de combustível, pulsos móveis de calor - ondas termelétricas - viajam ao longo do tubo, criando uma corrente elétrica, o que permite construir uma termobateria.

Isso os levou a descobrir uma característica relacionada aos nanotubos de carbono: Quando parte de um nanotubo é revestido com um polímero semelhante ao Teflon, cria-se uma assimetria que torna possível que os elétrons fluam da parte revestida para a não revestida, gerando uma corrente elétrica. E esses elétrons podem ser capturados submergindo as partículas em um solvente adequado, carente de elétrons.

Foi tentando aproveitar essa eletricidade que eles chegaram no trabalho atual. A equipe primeiro triturou os nanotubos de carbono, transformando-os em uma folha de material semelhante a papel, e então revestiu um dos lados da folha com um polímero semelhante ao Teflon. A folha é então cortada, criando pequenas partículas, que podem ter qualquer formato ou tamanho - nesta demonstração inicial, eles fizeram partículas com 250 x 250 micrômetros.

Quando essas partículas são submersas em um solvente orgânico, como o acetonitrila, o solvente adere à superfície não revestida das partículas e começa a puxar os elétrons para fora delas, criando uma corrente elétrica.

A grande vantagem da técnica é alimentar reações eletroquímicas "de dentro", sem depender do fornecimento externo de eletricidade.
[Imagem: Albert Tianxiang Liu et al. - 10.1038/s41467-021-23038-7]

Leito recheado

Esta primeira versão das nanopartículas gera cerca de 0,7 volts de eletricidade por partícula, mas elas podem formar matrizes de centenas de partículas dentro de um tubo de ensaio.

Esse "reator de leito recheado" gerou energia suficiente para alimentar uma reação química chamada de oxidação do álcool, na qual um álcool é convertido em um aldeído ou cetona - normalmente, essa reação não é realizada usando eletroquímica porque isso exigiria muita corrente externa.

"Como o reator de leito recheado é compacto, ele tem mais flexibilidade em termos de aplicações do que um grande reator eletroquímico," disse o pesquisador Ge Zhang. "As partículas podem ser muito pequenas e não requerem nenhum fio externo para conduzir a reação eletroquímica."

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