Novo material pode revolucionar geração de energia solar
Após o isolamento do grafeno, em 2004, iniciou-se uma corrida para se
conseguir sintetizar novos materiais bidimensionais – como são chamados
materiais com espessura de um átomo até alguns poucos nanômetros (da
bilionésima parte do metro). Tais materiais possuem propriedades únicas
ligadas à sua dimensionalidade e podem ser protagonistas do desenvolvimento
da nanotecnologia e da nanoengenharia.
Um grupo internacional, com a participação de pesquisadores vinculados à
Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), conseguiu dar origem a um novo
material com essas características.
Os cientistas conseguiram extrair de um minério de ferro comum, como os
explorados por muitas mineradoras no Brasil, um material chamado hemateno,
que tem três átomos de espessura e propriedades fotocatalíticas incomuns.
O novo material foi descrito em um artigo publicado na revista Nature
Nanotechnology. A pesquisa foi feita no Centro de Engenharia e Ciências
Computacionais (CECC) – um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão
(CEPIDs) apoiados pela FAPESP – e em um estágio de pesquisa no exterior,
realizado também com Bolsa da FAPESP.
“O material que sintetizamos pode atuar como fotocatalisador – para dividir
a água em hidrogênio e oxigênio – e permitir a geração de energia elétrica a
partir de hidrogênio, por exemplo, além de ter diversas outras aplicações”,
disse Douglas Soares Galvão, pesquisador do CECC e um dos autores do estudo,
à Agência FAPESP.
O novo material foi extraído da hematita – mineral que é a principal fonte
de ferro e o mais comum, barato e importante dos metais, usado em vários
produtos, principalmente ao ser transformado em aço.
Ao contrário do carbono e de sua forma bidimensional (grafeno), a hematita é
um material não van der Waals, como se chamam aqueles mantidos unidos por
redes de ligações tridimensionais, em vez de interações atômicas não
covalentes – em que não há compartilhamento de um ou mais pares de elétrons
entre os átomos participantes na ligação – e, comparativamente, mais fracas
do que as dos materiais van der Waals.
Por ser um mineral que ocorre naturalmente, ser um material não van der
Waals e ter cristais grandes e altamente orientados, os pesquisadores
levantaram a hipótese de que a hematita poderia atuar como um excelente
precursor para obtenção de um novo material bidimensional não van der Waals.
“A maioria dos materiais bidimensionais sintetizados até hoje foi derivada
de amostras de sólidos de van der Waals. Materiais bidimensionais não van
der Waals, com camadas atômicas altamente ordenadas e grãos grandes, ainda
são raros”, disse Galvão.
A fim de obter a partir da hematita um material com tais características – o
hemateno -, os pesquisadores utilizaram a técnica de esfoliação líquida em
um solvente orgânico, a N-dimetilformamida (DMF). Por meio de microscopia
eletrônica de transmissão, eles conseguiram confirmar a esfoliação e a
formação do hemateno em folhas soltas de três átomos de ferro e de oxigênio
(monocamada) e em folhas soltas empilhadas aleatoriamente (bicamada).
Com ensaios e cálculos matemáticos foram estudadas as propriedades
magnéticas do hemateno. Por meio desses cálculos e testes, os pesquisadores
descobriram que as propriedades magnéticas do hemateno diferem daquelas da
hematita.
Enquanto a hematita é tipicamente antiferromagnética – seus dipolos
magnéticos estão dispostos antiparalelamente -, os testes mostraram que o
hemateno é ferromagnético, como um ímã comum.
“Nos ferromagnetos, os momentos magnéticos dos átomos apontam na mesma
direção. Nos antiferromagnetos, os momentos nos átomos adjacentes se
alternam”, explicou Galvão. (Canal Executivo)
