Brilliant iron molecule could provide cheaper solar energy

[Fe(phtmeimb)2]+, um complexo metálico em que o Ferro (centro) literalmente brilha. [Imagem: Nils Rosemann/Divulgação]

Metal mais comum do planeta e o mais antigo trabalhado pela humanidade, o ferro tem um futuro brilhante pela frente e pode nos ajudar a gerar energia solar mais barata.

Ter um “coração de ferro” não é visto com bons olhos. Ferro é sinônimo de coisas pesadas, grosseiras e antiquadas. Por outro lado, uma “resistência de ferro” costuma ser elogiada, ainda que isso não tenha fundamento científico pois o ferro oxida tão facilmente que enferrujar é sinônimo de oxidação e envelhecimento.

Há milênios usamos o ferro e por um bom motivo: esse metal é bastante frequente na crosta terrestre e pode ser encontrado com relativa facilidade. Como é barato, o ferro tem inúmeros usos, da fabricação de aço (que nada mais é que ferro enriquecido com um pouco de carbono) aos suplementos alimentares (que evitam ou curam a anemia). Embora normalmente seja usado na forma metálica, o ferro pode aparecer em estruturas moleculares mais complexas. Mas seria possível usar o ferro em algo tão sofisticado quanto células solares e fotocatalisadores?

Essas duas tecnologias, que são a base da geração de energia a partir da luz solar, dependem de moléculas chamadas de complexos metálicos. Um complexo metálico serve para absorver os raios do sol e tornar sua energia utilizável. Normalmente, essas estruturas moleculares são acompanhadas de metais como Rutênio, Ósmio e Irídio. Como são raros e caros, o uso desses metais encarece a fabricação de células solares e a geração de energia solar.

Na Universidade de Lund (Suécia), Kenneth Wärnmark vem trabalhando há vários anos para descobrir uma alternativa mais barata aos metais raros dos complexos metálicos. Professor de Química, Wärnmark sabe muito bem que o ferro é tão comum quanto versátil. Junto com seus colaboradores, ele tem procurado moléculas a base de ferro com potencial para o uso na energia solar. Os pesquisadores suecos já produziram algumas moléculas assim em estudos anteriores.

No ano passado, Wärnmark et. al. deram um passo além e desenvolveram uma molécula com ferro capaz de capturar e utilizar a energia solar por tempo suficiente para permitir a reação com outra molécula. O segredo deste composto, um complexo metálico batizado de [Fe(phtmeimb)2]+, está em prender um átomo de Fe(III) numa rede de ligações orgânicas de formato octaédrico. Isso é importante porque permite o uso como fotocatalisador, substância que facilita a fabricação de combustíveis a partir da energia solar, como a geração de hidrogênio a partir da hidrólise da água.

Segundo o estudo publicado na revista Science em janeiro, o novo composto acumula tanta energia a partir do sol que chega a brilhar por algum tempo (ainda que minúsculo), emitindo luz visível a temperatura ambiente. Com alguns aperfeiçoamentos, essa característica poderia levar o ferro para dentro dos diodos emissores de luz, os LEDs. Quem diria que algo tão duro e opaco quanto um “coração de ferro” poderia nos dar luz?

Referência

rb2_large_gray25Kasper Skov Kjær et al. Luminescence and reactivity of a charge-transfer excited iron complex with nanosecond lifetime [Luminescência e reatividade de um complexo de ferro excitado por transferência de carga com um período de nanossegundos], Science, 18 Jan 2019: Vol. 363, Issue 6424, pp. 249-253. DOI: 10.1126/science.aau7160

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