Aprimoramento das propriedades de nanopartículas bimetálicas para aplicação em fotossíntese artificial

Resumo

O aumento da concentração de CO2 na atmosfera provoca o efeito estufa. O acordo de Paris visa obter a neutralidade de carbono até 2050. Para isso, é possível transformar o CO2 em produtos C2+ (hidrocarbonetos com 2 ou mais átomos de C), que são usados como matéria prima para fontes de energia limpa e renovável e na indústria de química fina, mas os métodos tradicionais possuem alto custo energético e são dependentes de combustíveis fósseis finitos. Uma alternativa limpa e ambiciosa é utilizar a energia solar para realizar a fotossíntese artificial, onde CO2 e H2O reagem para formar produtos C2+. Estruturas metalorgânicas (Metal-Organic Frameworks - MOFs) apresentam bons resultados nessa reação, mas tipicamente não são estáveis em água ou, quando são estáveis (como o MIL-101(Cr)), não são ativos por apresentarem baixa absorção da luz na região visível. O principal desafio a ser abordado é aumentar a baixa eficiência e seletividade do MIL-101(Cr) para produtos C2+ e, com isso, produzir um material diferenciado para a fotossíntese artificial. A fim de aumentar a absorção da luz visível no MIL-101(Cr) é possível introduzir nanopartículas metálicas com plasmons ajustáveis para produzir o efeito conhecido como Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR). Esse efeito produz um campo eletromagnético muito intenso na superfície das nanopartículas, o qual deve aumentar a absorção da luz pelo MIL-101(Cr). A formação de nanopartículas caroço-casca ou liga permite regular as energias de ligação das moléculas na superfície (seletividade das nanopartículas) e o efeito LSPR (seletividade do MIL-101(Cr)), o qual também pode ser alterado com a mudança de forma da nanopartícula. O Cu é um dos poucos metais que consegue reduzir CO2 para produtos C2+ com alta seletividade, enquanto que a Ag possui plasmons intensos na região do visível. Assim, o uso de nanopartículas de Cu-Ag com forma e arranjo atômico variável suportadas sobre MIL-101(Cr) é altamente promissor para uso em fotossíntese artificial e bastante atraente por serem metais baratos e abundantes. O presente projeto visa o desenvolvimento de materiais com desempenho diferenciado para a reação de fotossíntese artificial com a conseqüente investigação detalhada dos efeitos que influenciam diretamente na atividade e seletividade dos materiais produzidos para a formação de produtos C2+ durante a fotossíntese artificial. Será utilizada uma abordagem com técnicas experimentais no estado da arte (AP-XPS, AP-GIXS, STM, TERS) para investigação de sistemas reais e sistemas modelo constituídos ou representando nanopartículas de Cu-Ag sobre uma rede MOF. Isso possibilitará o design de futuros materiais com propriedades diferenciadas para a reação de fotossíntese artificial. (AU)