49ª RASBQ

Temática destaca a importância ambiental e medicinal das reações fotoinduzidas

Desde que foi contratado pela Universidade Federal de Uberlândia, em 2011, o professor Antônio Otávio de Toledo Patrocínio tem um mantra: converter energia solar em combustíveis limpos. No ano anterior, ele havia vencido o Prêmio Capes de Teses em Química com o trabalho "Complexos de Re(I) e filmes de TiO₂ em dispositivos moleculares fotoinduzidos". Hoje, trabalha no escalonamento de seu dispositivo que usa glicerol (um subproduto da produção de biodiesel) e luz solar para produzir hidrogênio verde, além de sistemas para captura e conversão de CO₂. O hidrogênio de baixo carbono é considerado um vetor energético importante para a produção de fertilizantes e combustíveis sustentáveis.

Na base do trabalho do professor Patrocínio estão as reações fotoinduzidas, aquelas que podem ser promovidas com luz em vez de calor ou reagentes agressivos, muitas vezes com maior seletividade e menor impacto ambiental.

Prof. Antônio observa um aluno realizar um ensaio de fotocatálise utilizando radiação solar simulada: conversão de reagentes abundantes e de baixo conteúdo energético em combustíveis

"O que nós fazemos aqui no Laboratório de Fotoquímica e Ciência dos Materiais envolve a conversão de reagentes de baixo conteúdo energético e abundantes (CO₂, H₂O, resíduos agroindustriais) em combustíveis: hidrogênio, gás de síntese, e outros produtos de interesse da indústria química", explica. "Tal processo mimetiza a fotossíntese de algas e vegetais, e por isso é conhecido como fotossíntese artificial"

O professor Patrocínio se define como um fotoquímico inorgânico. "Basicamente eu preparo materiais inorgânicos para aplicações fotoquímicas."

Para chegar ao sistema de produção de hidrogênio de baixo carbono, o primeiro passo foi estudar as propriedades de diferentes óxidos semicondutores, e utilizar rotas nanotecnológicas para obter partículas semicondutoras com as propriedades adequadas para a reação desejada. Neste caso, o semicondutor que apresentou os melhores resultados foi o vanadato de bismuto dopado com íons Nb⁺⁵. A segunda etapa é a imobilização dessas partículas em um eletrodo nas formas de filmes finos, que, por sua vez, serão aplicados em células fotoeletroquímicas. "A célula fotoeletroquímica funciona como uma pilha que funciona sob ação da luz solar. Do lado negativo (ânodo) ocorre a oxidação do glicerol, e do lado positivo (cátodo), a produção de hidrogênio", explica o docente.

O grupo já detém as patentes do sistema e recentemente obteve financiamento da Fapemig e da Finep para a criação de módulos dessa célula fotoeletroquímica para teste em "ambiente relevante" (testes que simulem a aplicação real e permitam a realização de estudos de economicidade).

Além da produção de combustível de baixo carbono, as reações fotoinduzidas têm aplicações em outras áreas, como a produção de fármacos, a produção de sensores, e a captura de carbono, sendo cruciais para que se atinja os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável. A 49a RASBQ (de 15 a 18 de junho, em Campinas) terá uma sessão temática, organizada pelas divisões de Inorgânica e Fotoquímica, dedicada às reações fotoinduzidas.

"É um tema atual, com aplicações em diversas áreas, e muita pesquisa sendo feita no Brasil", afirma o professor Hueder Paulo Moisés de Oliveira (UFABC), diretor da Divisão de Fotoquímica da SBQ, e um dos coordenadores da sessão temática. No Laboratório de Compostos Bioativos da UFABC, o Prof. Hueder trabalha na caracterização de estruturas com potencial terapêutico para neoplasias – a terapia fotodinâmica. "Porfirinas e ftalocianinas são compostos que, injetados no paciente, têm preferência por se acumularem na região-alvo do tratamento. Quando elas recebem radiação (luz visível - preferencialmente na região do vermelho), elas têm a capacidade de modificar o oxigênio dissolvido na região, criando o oxigênio singlete, uma molécula altamente reativa, que vai atacar as células doentes", explica o docente.

Prof. Hueder de Oliveira (UFABC): "Reações fotoinduzidas são um tema atual, com aplicações em diversas áreas, e muita pesquisa sendo feita no Brasil"

A pesquisa com reações fotoinduzidas envolve a química orgânica (que vai prospectar, caracterizar e sintetizar materiais com potencial fotoquímico), a fotoquímica (que prepara dispositivos e estuda as reações em si), e a química computacional. A Química orgânica não só vai sintetizar materiais com potencial fotoquímico como, em muitas situações, utiliza-se da radiação eletromagnética para promover reações que, do ponto de vista térmico, seriam difíceis ou inacessíveis. Daí a fotoquímica orgânica (reações orgânicas que são possíveis através do uso da radiação eletromagnética). "Hoje com as ferramentas de machine learning, você simula estruturas e verifica seu potencial com mais facilidade. Existem modelos matemáticos que permitem você selecionar as estruturas que têm maior potencial de aplicação, e fazer rapidamente uma triagem das moléculas de interesse", observa o Prof. Hueder.

A sessão temática terá participantes com abordagens distintas sobre as reações fotoinduzidas: além do Prof. Patrocínio, participam o físico Pablo José Gonçalves, coordenador do Grupo de Biofotônica da UFG, e a Profa. Luciana Almeida da Silva, líder do Grupo de Fotocatálise e Materiais Semicondutores da UFBA. Na coordenação, além do Prof. Hueder, estão os professores Luiz Antonio Sodré Costa (UFJF), Bernardo Almeida Iglesia (UFSC), e Gleison Antonio Casagrande (UFSM).


Texto: Mario Henrique Viana (Assessoria de Imprensa da SBQ)