Desenvolvimento de nanomateriais para indução de processos oxidativos: aplicações de interesses ambientais, energéticos e da saúde é um dos projetos da UFMS aprovados no Programa Institucional de Internacionalização (PrInt) da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes).
Dentre as linhas de pesquisa abrangidas nesse projeto, uma trabalha com a conversão de orgânicos em energia com a utilização de dispositivos miniaturizados impressos em 3D e é coordenada pelo professor do Instituto de Física (Infi) Cauê Alves Martins, contando, ainda com a colaboração do professor do Infi Heberton Wender, líder do grupo Nano&Photon, especialista na síntese e aplicação de materiais fotoativos, e do professor da Escola de Química da Universidade de Nottingham Jesum Alves Fernandes.
De acordo com o professor Cauê, líder do Electrochemistry Research Group (ERG), especialista em conversão de energia em dispositivos miniaturizados e eletrocatálise, há um ano a equipe, que também contou com a participação da acadêmica e o egresso do Doutorado em Química da UFMS Katia-Emiko Guima e Luiz Eduardo Gomes, tem trabalhado no desenvolvimento dos dispositivos. “Mesmo com o adiamento da minha visita à Universidade de Nottingham, devido à pandemia da Covid-19, iniciamos as atividades da pesquisa”, conta Martins.
Neste período, foram desenvolvidos dispositivos miniaturizados impressos em 3D com potencial para transformar poluentes orgânicos, como corantes encontrados em efluentes, em energia na presença da luz do sol. “Esses dispositivos, que cabem na palma da mão, são chamados de foto células a combustível microfluídicas. Essas células têm dois eletrodos porosos, sobre os quais fluem uma solução com o poluente e outra com um oxidante (oxigênio, por exemplo), que se encontram na saída do sistema. Na presença de luz, o poluente orgânico é fotoeletro-oxidado no ânodo (um dos eletrodos) e os elétrons são conduzidos até o outro eletrodo (cátodo), de modo que o fluxo de corrente por um circuito externo gera uma diferença de potencial”, detalha Cauê.
Segundo o professor, todos os materiais foram sintetizados e o dispositivo, de aproximadamente US$ 2,50 foi impresso, engenhado e montado no Infi. O dispositivo foi capaz de produzir potência de forma estável e descontaminar a água ao mesmo tempo. “A foto célula a combustível microfluídica impressa em 3D produz 0.48 mW cm-2, é estável por mais de 5 horas e descontamina mais de 70% a água de um poluente modelo”, explica. Desta forma, o projeto pode resultar também em uma nova alternativa para tratamento de efluentes (resíduos gerados por atividades humanas como indústria, agricultura e esgoto), lançados no meio ambiente, contribuindo para a preservação da qualidade dos recursos hídricos.
“É a primeira vez que uma potência tão alta é alcançada utilizando um poluente como combustível em um dispositivo miniaturizado. A ideia inicial era produzir potência a partir de um poluente na presença de luz, mas o material desenvolvido é tão ativo que a descontaminação se tornou um resultado igualmente relevante”, comemora o pesquisador do Infi. O projeto é inovador tanto na concepção como na aplicação. “A novidade está no desenvolvimento do material fotossensível de BiVO4 com quantidades muito pequenas de platina, no uso de eletrodos porosos para aumentar a eficiência de conversão química e no uso do dispositivo miniaturizado impresso em 3D na presença de luz”, conta Martins.
Para ele, a nova linha de pesquisa está completamente aberta e muito ainda pode ser feito em termos de desenvolvimento de materiais e engenharia. “Existe a possibilidade de construir uma placa com dezenas desses dispositivos, de modo a converter grandes quantidades de poluente em alta potência, utilizando sistema de scale out. O projeto está apenas no começo”, finaliza.
O trabalho já gerou frutos, entre eles um artigo publicado na renomada revista da American Chemical Society ACS Applied Materials & Interfaces, que possui fator de impacto 8,758, e pode ser conferido aqui.
Texto: Vanessa Amin
Ilustrações: Reprodução – Reprinted with permission from ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 49, 54563–54572. Copyright 2021 American Chemical Society.
Fotos: Katia-Emiko Guima
