Material feito de nanotubos de carbono pode extrair energia do meio ambiente
Estudo foi desenvolvido no Departamento de Engenharia Química do MIT
Jose-Luis Olivares, MIT
Partículas de carbono podem criar uma corrente elétricaapenas interagindo com um solvente orgânico. As partículas são feitas de nanotubos de carbono triturados (azul) revestidos com um polímero semelhante ao teflon (verde).
Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts/EUA (MIT, da sigla em inglês) descobriram uma nova maneira de gerar eletricidade usando minúsculas partículas de carbono que podem criar uma corrente interagindo com o líquido ao seu redor.
O líquido, um solvente orgânico, extrai elétrons das partículas, gerando uma corrente que pode ser usada para produzir reações químicas ou para alimentar robôs em micro ou nanoescala, dizem os pesquisadores.
“Esta forma de gerar energia é completamente nova”, diz Michael Strano, professor de Engenharia Química do MIT, ao avaliar que “essa tecnologia é intrigante porque tudo o que você precisa fazer é fluir um solvente por um leito dessas partículas. Isso permite que se faça eletroquímica, mas sem fios”, compara o docente.
No estudo que descreve esse fenômeno, os pesquisadores mostraram que poderiam usar essa corrente elétrica para gerar uma reação conhecida como oxidação do álcool – uma reação orgânica muito importante para indústrias de diversos segmentos químicos.
Strano é o autor sênior do artigo, publicado recentemente na Nature Communications. Os principais autores do estudo são o estudante de graduação do MIT Albert Tianxiang Liu e o ex pesquisador do MIT Yuichiro Kunai. Também assinam o trabalho o ex-aluno de graduação Anton Cottrill, os pós-doutorandos Amir Kaplan e Hyunah Kim, o estudante de graduação Ge Zhang e os recém-formados Rafid Mollah e Yannick Eatmon.
Bryce Vickmark
“Essa tecnologia é intrigante porque tudo o que você precisa fazer é fluir um solvente por um leito dessas partículas. Isso permite que você faça eletroquímica, mas sem fios”, diz Michael Strano
A descoberta surgiu da pesquisa de Strano sobre nanotubos de carbono, que têm propriedades elétricas únicas. Em 2010, ele demonstrou, pela primeira vez, que esse material era capaz de gerar “ondas termelétricas”. Quando um nanotubos de carbono é revestido com uma camada de combustível, pulsos móveis de calor ou ondas termelétricas viajam ao longo do tubo, criando uma corrente elétrica.
Teflon – Esse estudo permitiu aos pesquisadores descobrirem que quando parte de um nanotubo é revestido com um polímero semelhante ao teflon, ele cria uma assimetria que torna possível aos elétrons fluírem da parte revestida para a não revestida do tubo, gerando uma corrente elétrica. Esses elétrons podem ser retirados submergindo-se as partículas em um solvente carente de elétrons.
Para aproveitar essa capacidade especial, os pesquisadores criaram partículas geradoras de eletricidade triturando nanotubos de carbono e transformando-os em uma folha de material semelhante ao papel. Um lado de cada folha foi revestido com um polímero semelhante ao teflon. A seguir, a folha foi picotada, criando-se partículas medindo 250 X 250 micrômetros.
Quando essas partículas são submersas em um solvente orgânico, como o acetonitrila, ele adere à superfície não revestida das partículas e começa a puxar os elétrons para fora delas. “O solvente tira os elétrons e o sistema tenta se equilibrar movendo os elétrons”, explica Strano. Não há química sofisticada no processo. É apenas uma partícula que, mergulhada num solvente, começa a gerar um campo elétrico, completa o professor.
Leito compactado – A versão atual do processo pode gerar ao redor de 0,7 volts de eletricidade por partícula. Neste estudo, os pesquisadores também mostraram que podem ser formadas matrizes de centenas de partículas em um pequeno tubo de ensaio. Este reator de “leito compactado” gera energia suficiente para alimentar uma reação química chamada de oxidação do álcool, na qual um álcool é convertido em um aldeído ou cetona. Normalmente, essa reação não é realizada usando eletroquímica porque exigiria muita corrente externa.
“Como o reator de leito recheado é compacto, ele tem mais flexibilidade em termos de aplicações do que um grande reator eletroquímico”, diz Ge Zhang, um dos autores da pesquisa. “As partículas podem ser muito pequenas e não requerem nenhum fio externo para conduzir a reação eletroquímica”, explica.
Em trabalhos futuros, Strano espera usar esse tipo de geração de energia para construir polímeros usando apenas dióxido de carbono como matéria-prima. Em um projeto relacionado, ele já criou polímeros que podem se regenerar usando dióxido de carbono como material de construção, em um processo movido a energia solar. Este trabalho é inspirado na fixação de carbono, o conjunto de reações químicas que as plantas usam para construir açúcares a partir do dióxido de carbono, usando a energia do Sol.
No longo prazo, essa abordagem também pode ser usada para alimentar robôs em micro ou nanoescala. O laboratório de Strano já começou a construir robôs desses tamanhos, que poderão um dia ser usados para fazer diagnósticos médicos ou como sensores ambientais.
A ideia de ser capaz de extrair energia do ambiente para alimentar esses tipos de robôs é atraente, diz ele. “Isso significa que você não precisa colocar o armazenamento de energia a bordo”, afirma. “O que gostamos neste mecanismo é que você pode tirar a energia, pelo menos em parte, do meio ambiente”, finaliza o pesquisador.
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