Produzindo hidrogênio solar de forma eficiente e sem necessidade de platina

Cientistas criaram uma maneira de produzir gás hidrogênio sem o metal platina, escasso e caro.

Pela Universidade de Tecnologia de Chalmers com informações de TechXplore.

Uma descoberta inovadora abre caminho para a produção eficiente de hidrogênio a partir da energia solar, sem a necessidade do metal escasso platina. Em um reator de um laboratório de química da Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia, bolhas de gás hidrogênio podem ser facilmente vistas a olho nu enquanto se formam, demonstrando que a fotocatálise está ocorrendo de forma eficiente.
Uma descoberta inovadora abre caminho para a produção eficiente de hidrogênio a partir da energia solar, sem a necessidade do metal escasso platina. Em um reator de um laboratório de química da Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia, bolhas de gás hidrogênio podem ser facilmente vistas a olho nu enquanto se formam, demonstrando que a fotocatálise está ocorrendo de forma eficiente. Crédito: Universidade de Tecnologia de Chalmers | Mia Halleröd Palmgren

Uma equipe de pesquisa liderada pela Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia, apresentou uma nova maneira de produzir gás hidrogênio sem o metal platina, escasso e caro. Utilizando luz solar, água e minúsculas partículas de plástico condutor de eletricidade, os pesquisadores mostram como o hidrogênio pode ser produzido de forma eficiente, sustentável e a baixo custo.

O hidrogênio desempenha um papel fundamental na busca global por energia renovável. Embora seu uso produza apenas água como subproduto, ainda existem desafios significativos a serem superados antes que o hidrogênio possa ser produzido em larga escala e de forma ambientalmente sustentável.

Um dos principais desafios é a utilização do metal platina como cocatalisador na produção de hidrogênio a partir da luz solar e da água. As reservas terrestres de platina são limitadas e a extração acarreta riscos tanto para o meio ambiente quanto para a saúde humana. Além disso, a produção está concentrada em poucos países, como a África do Sul e a Rússia.

Em um novo estudo, publicado na revista Advanced Materials, uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Ergang Wang, da Universidade Chalmers, demonstra como a energia solar pode ser usada para produzir gás hidrogênio de forma eficiente e sem o uso de platina.

O processo, explica Alexandre Holmes, pesquisador da Chalmers, envolve quantidades de minúsculas partículas de plástico eletricamente condutoras. Imersas em água, as partículas interagem tanto com a luz solar quanto com o ambiente ao seu redor.

“Desenvolver fotocatalisadores eficientes sem platina tem sido um sonho antigo nesta área. Ao aplicar um design de materiais avançado às nossas partículas condutoras de plástico, podemos produzir hidrogênio de forma eficiente e sustentável sem platina — a um custo radicalmente menor e com um desempenho que pode até superar os sistemas à base de platina”, afirma Holmes, que, juntamente com Jingwen Pan, do grupo de Jiefang Zhu na Universidade de Uppsala, é o primeiro autor do artigo.

Novos avanços na pesquisa abrem caminho para a produção eficiente de hidrogênio a partir da energia solar — sem o uso do metal escasso platina. No reator de um laboratório de química da Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia, é fácil observar a olho nu como o gás hidrogênio é formado por meio da fotocatálise. Quando uma lâmpada, simulando a luz solar, é direcionada para um béquer com água contendo nanopartículas de plástico eletricamente condutor, pequenas bolhas de gás hidrogênio começam a subir quase imediatamente através da água. O gás é então conduzido por tubos até um recipiente de armazenamento de hidrogênio, onde a quantidade de hidrogênio produzida pode ser lida em tempo real.
Novos avanços na pesquisa abrem caminho para a produção eficiente de hidrogênio a partir da energia solar — sem o uso do metal escasso platina. No reator de um laboratório de química da Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia, é fácil observar a olho nu como o gás hidrogênio é formado por meio da fotocatálise. Quando uma lâmpada, simulando a luz solar, é direcionada para um béquer com água contendo nanopartículas de plástico eletricamente condutor, pequenas bolhas de gás hidrogênio começam a subir quase imediatamente através da água. O gás é então conduzido por tubos até um recipiente de armazenamento de hidrogênio, onde a quantidade de hidrogênio produzida pode ser lida em tempo real. Crédito: Universidade de Tecnologia de Chalmers | Mia Halleröd Palmgren

Superou o medo da água, o que levou ao sucesso.

Os esforços para superar o gargalo da platina estão em andamento há vários anos no grupo de pesquisa de Wang em Chalmers.

A chave para a nova abordagem reside no design avançado de materiais do plástico eletricamente condutor usado no processo. Esse tipo de plástico, conhecido como polímeros conjugados, absorve luz de forma eficiente, mas geralmente é menos compatível com a água.

Ao ajustar as propriedades do material em nível molecular, os pesquisadores tornaram o material muito mais compatível com a água.

“Também desenvolvemos uma maneira de moldar o plástico em nanopartículas que podem aprimorar as interações com a água e impulsionar o processo de conversão de luz em hidrogênio. A melhoria vem de cadeias de polímero mais frouxamente compactadas e mais hidrofílicas dentro das partículas”, diz Holmes.

No reator do laboratório de química de Chalmers, bolhas de gás hidrogênio podem ser facilmente vistas a olho nu enquanto se formam, demonstrando que a fotocatálise está ocorrendo de forma eficiente.

Quando uma lâmpada com luz solar simulada é direcionada para um béquer com água contendo nanopartículas, pequenas bolhas de gás hidrogênio começam a se formar quase imediatamente e a subir através da água. As bolhas são coletadas e conduzidas por tubos até um recipiente de armazenamento , e a quantidade de gás produzida pode ser monitorada em tempo real.

“Com apenas um grama do material polimérico, podemos produzir 30 litros de hidrogênio em uma hora”, diz Holmes.

Além disso, uma descoberta recente publicada por colegas pesquisadores da Chalmers mostra que o plástico condutor de eletricidade também pode ser produzido sem o uso de produtos químicos nocivos e de uma forma muito mais econômica.

Nanopartículas de plástico eletricamente condutor (neste caso, em água) especialmente projetadas são um ingrediente fundamental na nova receita dos pesquisadores para a produção eficiente de hidrogênio a partir da energia solar, sem a necessidade do caro e escasso metal platina. As nanopartículas interagem com a luz ao seu redor, absorvendo diferentes cores e assumindo todas as tonalidades do arco-íris. Por meio de um design de materiais avançado, uma equipe de pesquisa liderada pela Chalmers University of Technology alterou as propriedades do plástico e de suas nanopartículas em água, o que melhora significativamente o processo químico de produção de hidrogênio a partir da luz solar.
Nanopartículas de plástico eletricamente condutor (neste caso, em água) especialmente projetadas são um ingrediente fundamental na nova receita dos pesquisadores para a produção eficiente de hidrogênio a partir da energia solar, sem a necessidade do caro e escasso metal platina. As nanopartículas interagem com a luz ao seu redor, absorvendo diferentes cores e assumindo todas as tonalidades do arco-íris. Por meio de um design de materiais avançado, uma equipe de pesquisa liderada pela Chalmers University of Technology alterou as propriedades do plástico e de suas nanopartículas em água, o que melhora significativamente o processo químico de produção de hidrogênio a partir da luz solar. Crédito: Chalmers University of Technology | Mia Halleröd Palmgren

Evitando outro ingrediente caro: Vitamina C

O próximo passo importante para o grupo de Wang será fazer com que o processo de produção de hidrogênio funcione usando apenas luz solar e água, sem a adição de quaisquer produtos químicos auxiliares.

Atualmente, eles utilizam vitamina C, que atua como um chamado antioxidante sacrificial. Ao doar elétrons, ela impede que a reação seja interrompida, o que em laboratório pode apresentar altas taxas de produção de hidrogênio.

Para alcançar um hidrogênio solar verdadeiramente sustentável, explica o Professor Wang, o objetivo é dividir as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio simultaneamente, utilizando apenas a luz solar e a água como insumos.

“Eliminar a necessidade de platina neste sistema é um passo importante rumo à produção sustentável de hidrogênio para a sociedade. Agora, estamos começando a explorar materiais e estratégias com o objetivo de realizar a eletrólise da água sem aditivos. Isso levará mais alguns anos, mas acreditamos que estamos no caminho certo”, afirma o líder da pesquisa, Ergang Wang, professor do Departamento de Química e Engenharia Química da Chalmers.

Mais informações: Alexandre Holmes et al, Highly Efficient Platinum‐Free Photocatalytic Hydrogen Evolution From Low‐cost Conjugated Polymer Nanoparticles, Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202507702

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