LABORATÓRIO DE FOTOQUÍMICA INORGÂNICA
& CONVERSÃO DE ENERGIA
Profa. Dra. Neyde Yukie Murakami Iha
INSTITUTO DE QUÍMICA
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
AV. PROF. LINEU PRESTES, 748
SÃO PAULO - SP
TEL.: 11-3818-2151 or +55-11-3818-3819
FAX: 11-3815-5579
COLABORAÇÕES:
Profa. Dra. Viktória K. Lakatos Osorio - Instituto de Química - Universidade de SãoPaulo, SP.
Profa. Dra. Dalva Lúcia A. de Faria, Instituto de Química – Universidade de São Paulo, SP
Prof. Dr. Adnei Melges de Andrade, Dr. Fernando Josepetti Fonseca e Dr. Ely Antonio Tadeu Dirani, - Escola Politécnica – Universidade de São Paulo, SP
Prof. Carlo A. Bignozzi - Università di Ferrara - Itália
Prof. Thomas J. Meyer, University of North Carolina at Chapel Hill, NC; Associate Laboratory Director for Strategic and Supporting Research, Los Alamos National Laboratory, NM, EUA
Prof. Shunji Utsuno, Shizuoka University, Japão
Pós-Doutorando
Alunos de Pós-graduação:
Christian Graziani Garcia (doutorado - CNPq)
Adriana Napoleão Geraldes (doutorado - CNPq)
Melina Kayoko Itokazu (doutorado - FAPESP)
Mauro Francisco P. Silva (mestrado - CNPq)
Alunos de Graduação:
André Sarto Polo (CNPq)
Yasmin Rosa Arthur Gomes (PIBIC/CNPq)
Apoio Técnico
ATIVIDADES DE PESQUISA
Os trabalhos conduzidos no grupo de Fotoquímica Inorgânica e Conversão de Energia vêm pesquisando a reatividade fotoquímica de compostos de coordenação e de sistemas supramoleculares. Esses compostos podem apresentar absorções na região do visível e, quando convenientemente projetados e preparados, resultam em espécies que possuem características espectrais favoráveis que permitem a absorção e, conseqüentemente, o aproveitamento mais eficiente do espectro solar. Esses estudos, quando associados com uma separação de carga eficiente, equivalem à fotossíntese artificial e podem trazer grandes contribuições em fotocatálise, armazenamento e conversão de energia.
As atividades de pesquisa dentro do projeto envolvem síntese, caracterização, análise dos processos térmicos e estudos fotofísicos e fotoquímicos de compostos de coordenação e de sistemas supramoleculares, em particular os pares-iônicos de complexos de cobalto e sistemas multicêntricos envolvendo monômeros de ferro, crômio, rutênio e rênio. Nestes, ênfases especiais são dadas a processos de transferência de elétrons e de energia. Envolvem ainda síntese de complexos corantes e suas associações com a superfície, desenvolvendo novos compostos captadores de luz solar.
Desde 1994, os conhecimentos adquiridos vêm sendo aplicados na conversão de energia solar e no estudo de fotossensores e dispositivos moleculares. Esses estudos estão baseados e fundamentados nas investigações anteriores, ou conduzidas em paralelo, enfocando a cinética, eletroquímica e espectroscopia dos compostos investigados, com ênfase especial na reatividade fotoquímica.
Uma das atividades de pesquisa desenvolvidas pelo grupo está relacionada com o aproveitamento da energia solar por meio de uma nova concepção, empregando células fotovoltáicas que mimetizam os processos envolvidos na fotossíntese. A conversão da energia solar é realizada através de células fotoeletroquímicas regenerativas. Nela são empregados novos materiais como um semicondutor nanocristalino, por exemplo dióxido de titâtio, n-TiO2, depositados num substrato condutor transparente (por exemplo um vidro condutor). Uma camada de composto de coordenação é adsorvida sobre a sua superfície para atuar como corante sensibilizador que absorve a luz solar, compondo o fotoanodo. O dispositivo é montado utilizando um contraeletrodo, constituído por um substrato condutor transparente com um depósito fino de platina que atua como catalisador no processo regenerativo. Esse processo é realizado por eletrólitos/mediadores, como o par redox iodo-triiodeto.
Uma eficiência de cerca de 10% da conversão da energia solar pode ser obtida nesses dispositivos de custo mais baixo que as células fotovoltáicas convencionais. Essas células, conhecidas como células solares sensibilizadas por corantes, dye sensitized solar cells, convertem a luz solar em eletricidade num nível molecular, similar a uma fotossíntese, utilizando compostos que captam a enegia, transmitem e produzem a separação de carga. O processo ainda pode ser adaptado e empregado na decomposição de água, produzindo combustíveis como o H2. As vantagens dessas novas células são o uso de máterias primas baratas envolvendo produção de baixo custo e relativamente simples. Como se trata de uma nova tecnologia existe ainda um alto potencial para o aumento da sua eficiência (eficiência máxima teórica para as células solares sensibilizadas por corantes é de 27%) e é considerado de relevância estratégica em vários países.
PUBLICAÇÕES SELECIONADAS
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C. G. GARCIA & N. Y. MURAKAMI IHA, Células Solares Fotoeletroquímicas Baseadas em Filmes Semicondutores de TiO2, Nanocristalino Sensibilizados por Complexos Inorgânicos de Rutênio(II), XI Simpósio Brasileiro de Eletroquímica e Eletroanalítica, Anais, 1999, 699-702.
M. K. ITOKAZU & N. Y. MURAKAMI IHA, Photoresponsive Structural Change and Modulation of the Photoluminescence of fac-[Re(CO)3(phen)(bpe)]PF6. 13th International Symposium on Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds, 1999, P53, 173-174, Isle of Lipari, Italy.
C. G. GARCIA, M. K. ITOKAZU & N. Y. MURAKAMI IHA, Dye Sensitized Photoelectrochemical Solar Cell Efficiency vs n-type TiO2 Film Thickness. VI Encontro Latino-Americano de Fotoquímica e Fotobiologia, 1999, P-75, Teresópolis, Brasil.
M. K. ITOKAZU, S. K. SAKATA, M. UEMI & N. Y. MURAKAMI IHA, Probing a Photoswichable Isomerization of Coordinated Ligand by 1H NMR Spectroscopy. VI Encontro Latino-Americano de Fotoquímica e Fotobiologia, 1999, P-116, Teresópolis, Brasil.
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C. G. GARCIA & N. Y. MURAKAMI IHA; R. ARGAZZI & C. A. BIGNOZZI, Sensitization of n-Type TiO2 Electrode by Isoquinoline Ruthenium(II) Polypyridyl Complexes. J. Braz. Chem. Soc., 1998, 9, 13-15.
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C. G. GARCIA, A. K. NAKANO & N. Y. MURAKAMI IHA, Sensitization of n-type TiO2 in Transparent Thin-layer Solar Cells with cis-[(dcbH2)2RuLL'] Using Substituted Pyridines as Ancillary Ligands. 12th International Conference on Photochemical Conversion and Storage of Solar Energy, Berlin, Alemanha, 1998, 1W22.
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J. F. DE LIMA, S. N. MOTONAGA & N. Y. MURAKAMI IHA. Geminate Recombination in the Ligand Field Photochemistry of Pentacyanoferrate(II) Complexes with 1,2-Diaminoethane and 1,3-Diaminopropane., J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 1994, 84, 177-182.
M. A. DE ALMEIDA, M. F. P. DE OLIVEIRA, J. F. DE LIMA, C. G. GARCIA & N. Y. MURAKAMI IHA, Um Sistema de Cela de Fotólise para Detecção Simultânea do Consumo de Reagentes e/ou Formação de Foto-produtos. Química Nova, 1994, 17, 336-337.
G. FERRAUDI, N. MURAKAMI IHA, G. RUIZ, E. WOLCAN & M.E. FELIZ. Exchange of Azine Ligands in fac-Re(CO)3(4-cyanopyridine)2Cl., Inorg. Chim. Acta, 1994, 221, 161-164.
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N. Y. MURAKAMI IHA & J. F. DE LIMA, Ligand Field Photochemistry of Pentacyanoferrate(II) Complexes with Diamine Ligands : Influence of the Chelating Ligands and the Role of the Neighboring Effects in the Photoinduced Ring Closure Process, Inorg. Chem., 1991, 30, 4576-4579.