Cientistas do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou (MIPT) desenvolveram uma nova classe de fotocatalisadores capazes de purificar a água usando a luz solar visível, marcando um grande avanço nas tecnologias sustentáveis de tratamento de água, de acordo com o site oficial do instituto.
A pesquisa foi conduzida por especialistas do Centro de Fotônica e Materiais Bidimensionais do MIPT em colaboração com parceiros internacionais. A equipe identificou a estrutura material mais eficiente para a atividade fotocatalítica dentro do espectro de luz visível, conforme relatado pela TV BRICS.
Segundo a TV BRICS, a fotocatálise é considerada um método promissor para remoção de poluentes orgânicos como corantes, resíduos farmacêuticos, pesticidas e vestígios de óleo da água. No entanto, a maioria dos fotocatalisadores existentes funciona principalmente sob luz ultravioleta, que constitui apenas cerca de 5% do espectro solar. Em comparação, a luz visível é responsável por quase metade da radiação solar, tornando a sua utilização vital para o desenvolvimento de tecnologias escaláveis e amigas do ambiente.
Para superar esse desafio, os pesquisadores empregaram a ablação a laser de femtosegundo em líquidos, uma técnica que envolve pulsos de laser ultracurtos e de alta energia que vaporizam as superfícies dos materiais. O vapor posteriormente se condensa em nanopartículas com propriedades eletrônicas personalizadas. É importante ressaltar que o processo gera soluções coloidais estáveis em água sem a necessidade de surfactantes, garantindo um método de síntese limpo e ecológico.
Os cientistas examinaram dois compostos à base de nióbio: pentóxido de nióbio (Nbâ¿¿Oâ¿¿) e niobato de lítio (LiNbO3). As descobertas revelaram que o processamento a laser alterou cada material de maneira diferente. Nbâ¿¿Oâ¿¿ perdeu sua estrutura cristalina e tornou-se completamente amorfa, enquanto o LiNbOâ¿¿, mais termodinamicamente estável, manteve sua estrutura cristalina, mas desenvolveu defeitos pontuais controlados.
Embora os materiais amorfos tendam a reter e neutralizar rapidamente os portadores de carga induzidos pela luz, os defeitos controlados nas estruturas cristalinas melhoram a absorção da luz visível e prolongam a vida útil dos portadores de carga. Isso permite a formação de espécies reativas que decompõem efetivamente os poluentes.
Experimentos de laboratório mostraram que o nanocatalisador à base de niobato de lítio aumentou as taxas de degradação do corante em 2,3 vezes em comparação com o óxido de nióbio amorfo, alcançando 90% de purificação em 150 minutos. Os pesquisadores pretendem otimizar ainda mais o método e expandi-lo para aplicações reais de tratamento de água movidas a energia solar.
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