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NOVIDADES
Objetivando fabricar grandes folhas de carbono para coletar luz, químicos da Universidade de Indiana em Bloomington (EUA) criaram uma solução não usual - anexaram o que equivale a um conjunto de tentáculos em cada lado de folhas de grafeno. Utilizando este método, os cientistas afirmam que foram capazes de dispersar as folhas contendo 168 átomos de carbono, um feito pioneiro. "Nosso interesse vem do desejo de encontrar um material alternativo, e de fácil disponibilidade no mercado, com alto poder de absorção de luz solar", disse o químico Liang-shi Li, que liderou a pesquisa. "Atualmente, os materiais mais utilizados como absorvedores de luz em células solares são o silício e compostos contendo rutênio. Cada um tem suas desvantagens." A principal desvantagem é o custo e a disponibilidade a longo prazo. As células solares baseadas em rutênio podem ser potencialmente mais baratas que as baseadas em silício, mas o rutênio é um metal raro na Terra, tão raro quanto a platina, e se esgotará rapidamente quando a demanda aumentar. O carbono é barato e abundante, e na forma de grafeno, capaz de absorver luz em uma ampla faixa de freqüência. O grafeno é essencialmente a mesma coisa que o grafite (material usado para fazer o lápis), exceto que o grafeno é apenas uma folha de carbono, com um átomo de espessura. O grafeno é uma promessa como material eficiente, de produção barata, e o menos tóxico dentre os materiais alternativos a serem usados em células solares. Entretanto, ele também tem "aborrecido" os cientistas. Para que uma folha de grafeno possa ser de alguma utilidade para coletar luz, ela deve ser grande. Contudo, para utilizar a energia solar absorvida na forma de eletricidade, a folha não pode ser muito grande. Infelizmente, trabalhar com grandes folhas de grafeno é difícil, e o controle do tamanho é mais difícil ainda. Quanto maior a folha de grafeno, mais "pegajosa" ela é, o que a torna mais susceptível de atrair e de "grudar" nas outras folhas de grafeno. Ter várias camadas de grafeno (grafite) pode ser bom para se usar como lápis, mas as propriedades elétricas ficam prejudicadas. Químicos e engenheiros descobriram diferentes estratégias para manter as folhas de grafeno isoladas umas das outras. A solução mais eficaz - antes dos trabalhos da Universidade de Indiana -, era baseada na exfoliação do grafite (abordagem top-down) em folhas e o seu envolvimento com polímeros, para torná-las isoladas umas das outras. No entanto, tal processo faz com que as folhas de grafeno tenham tamanhos aleatórios e muito grandes para absorver luz nas células solares.
Esquerda - Modelo planar de uma folha de grafeno (preto) e os grupos anexados (azul) que Liang-Shi Li e seus colaboradores planejaram. Na realidade, cada grupo lateral gira 90 graus para fora do plano de grafeno. Direita - Duas moléculas grafeno (cinza escuro) são "enjauladas" por grupos anexados (azul), ligados a cada folha de grafeno. Os grupos laterais ajudam a prevenir o empilhamento das folhas de grafeno seguindo a tendência natural. Créditos: Liang-shi Li.
O grupo anexado na borda do grafeno consiste de um anel de carbono hexagonal e três longas cadeias compostas de carbono e hidrogênio. Como a folha de grafeno é rígida, o grupo é forçado a girar 90 graus em relação ao plano do grafeno. As três cadeias silvosas possuem liberdades de movimento, mas duas delas tendem a envolver a folha de grafeno em que estão ligadas. As cadeias não se limitam somente a funcionarem como gaiolas. Elas também servem como direcionadores para o solvente orgânico, de modo que toda a estrutura pode ser dissolvida. Li e seus colegas foram capazes de dissolver 30 mg desta espécie em 30 mL de solvente. "Neste trabalho, encontramos uma nova forma de fazer grafeno solúvel," disse Li. "Isso é tão importante quanto o tamanho relativamente grande do grafeno em si." Para testar a eficácia do grafeno como absorvedor de luz, os cientistas construíram células solares rudimentares, usando dióxido de titânio como aceitador de elétrons. Os cientistas foram capazes de atingir uma densidade de 200 microamperes-por-cm2 de corrente e uma tensão de circuito aberto de 0,48 volts. As folhas de grafeno absorveram uma quantidade significativa de luz na faixa do visível ao infravermelho próximo (200-900 nm), com um pico de absorção ocorrendo em 591 nm. Os cientistas estão redesenhando as folhas de grafeno com extremidades "pegajosas" para se ligarem ao dióxido de titânio, que irá melhorar a eficiência das células solares. "Coletar a energia do sol é o primeiro passo," disse Li. "Como transformar a energia em eletricidade é o próximo. Acreditamos que tivemos um bom começo." Os doutorandos Xin Xiao e Yan Cui e o posdoc Binsong Li também contribuíram para a pesquisa, que foi financiada pela National Science Foundation e pelo American Chemical Society Petroleum Research Fund. Science Daily (Tradução AGS). Nota do Scientific Editor: o trabalho que deu origem a esta notícia, de título: "Large, Solution-Processable Graphene Quantum Dots as Light Absorbers for Photovoltaics", de autoria de Xin Yan, Xiao Cui, Binsong Li e Liang-shi Li foi publicado, on-line, na revista Nano Letters, DOI: 10.1021/nl101060h. Assuntos Conexos: Grafenos: futuro da miniaturização? Filmes de carbono ou inorgânicos versus filmes de óxido de grafeno: quem vence a parada? Grafenos: mais um método de preparação disponível. Grafano e Grafeno: os primos se encontram. Depois do grafeno e do grafano, o grafono, um semicondutor magnético. |
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