Pesquisadores desenvolveram um fotocatalisador que utiliza uma parcela maior da radiação solar para gerar hidrogênio. O material contém ósmio e consegue captar comprimentos de onda de até 800 nanômetros, embora ainda apresente limitações para uso industrial.
Uma equipe de cientistas japoneses desenvolveu um material capaz de aproveitar parte da luz solar que os sistemas convencionais não utilizam para produzir hidrogênio. A pesquisa, liderada pelo Instituto de Ciência de Tóquio (Science Tokyo), mais que dobrou a eficiência de conversão de energia de um fotocatalisador experimental, graças a uma modificação química que amplia sua capacidade de absorver luz.
O avanço foi desenvolvido por pesquisadores liderados pelo professor Kazuhiko Maeda e por Haruka Yamamoto, com a participação de especialistas da Universidade de Kyushu, no Japão, e da Universidade da Pensilvânia, nos Estados Unidos.
Os resultados foram publicados em 5 de dezembro de 2025 na revista científica ACS Catalysis e voltaram a receber atenção em outubro de 2026 por suas possíveis aplicações na produção de combustíveis com energia renovável.
A principal inovação consiste em usar ósmio em vez de rutênio, metal comumente empregado em materiais fotossensíveis. Essa mudança permite captar comprimentos de onda que antes não contribuíam de forma efetiva para a geração de hidrogênio.
Novo material permite aproveitar mais energia do Sol
A produção de hidrogênio com energia solar é uma das tecnologias pesquisadas para desenvolver combustíveis com menores emissões de carbono.
Uma das alternativas é utilizar fotocatalisadores, materiais capazes de absorver energia luminosa e promover reações químicas.
Nos sistemas de fotossíntese artificial, o objetivo é aproveitar essa energia para separar as moléculas de água e obter hidrogênio, que depois pode ser usado como combustível ou matéria-prima industrial.
No entanto, há um problema: muitos dos materiais empregados nesses processos absorvem apenas determinados comprimentos de onda do espectro solar.
Os fotocatalisadores sensibilizados por complexos de rutênio, por exemplo, costumam aproveitar a luz visível com comprimentos de onda de até cerca de 600 nanômetros.
Isso significa que uma parcela importante da radiação solar disponível não participa da reação química.
Para superar essa limitação, os pesquisadores japoneses modificaram a composição do material fotossensível, substituindo o rutênio por ósmio.
O resultado foi um composto capaz de absorver luz de até cerca de 800 nanômetros, ampliando sua resposta para a região vermelha do espectro visível e para o limite com o infravermelho próximo.
Essa capacidade permite aproveitar fótons de menor energia do que os utilizados pelos materiais convencionais, aumentando as possibilidades de gerar hidrogênio a partir da radiação disponível.
Eficiência subiu de 0,087% para 0,21%
Um dos resultados mais relevantes da pesquisa foi o aumento da eficiência de conversão da energia solar em hidrogênio.
Nos testes realizados com luz solar simulada, o sistema à base de ósmio alcançou eficiência de 0,21%, ante 0,087% registrados por um sistema comparável que utilizava rutênio.
A diferença corresponde a um desempenho cerca de 2,4 vezes maior nas condições experimentais estudadas.
Embora o aumento relativo seja expressivo, os percentuais absolutos mostram que ainda há uma grande distância em relação aos níveis de eficiência necessários para desenvolver aplicações industriais competitivas.
Os pesquisadores também analisaram o comportamento do novo fotocatalisador diante de diferentes comprimentos de onda.
A 700 nanômetros, o material à base de ósmio registrou rendimento quântico aparente de 1,8%, demonstrando que podia utilizar a radiação de uma região em que o composto convencional de rutênio praticamente não produzia hidrogênio.
Esse indicador mede a proporção de fótons incidentes aproveitados na reação química e não deve ser confundido com a eficiência total de conversão da energia solar.
Os resultados corroboram a hipótese central do estudo: ampliar a capacidade de absorção permite utilizar uma parcela maior da radiação solar e melhorar a produção de hidrogênio.
Por que o ósmio permite captar luz que outros materiais não aproveitam
A explicação para o avanço está nas propriedades eletrônicas do ósmio.
Esse metal apresenta um fenômeno conhecido como efeito do átomo pesado, que favorece determinadas transições entre estados eletrônicos.
Em particular, permite aproveitar excitações chamadas de singlete-tripleto, pelas quais os elétrons podem alcançar estados de energia usando fótons menos energéticos.
Na prática, isso permite que o composto fotossensível responda a uma faixa mais ampla de luz.
Os pesquisadores incorporaram esses complexos de ósmio a materiais semicondutores, incluindo estruturas à base de niobato e dióxido de titânio modificadas com platina.
Quando o composto absorve luz, seus elétrons podem ser transferidos para o semicondutor e participar das reações que geram hidrogênio.
A pesquisa também confirmou que essa transferência de elétrons pode ocorrer de forma efetiva, embora o estado eletrônico excitado do composto de ósmio dure menos do que o do material convencional de rutênio.
Esse comportamento é relevante porque demonstra que uma absorção mais ampla não necessariamente impede a transferência das cargas necessárias para impulsionar a reação química.
O principal desafio: produzir hidrogênio sem reagentes adicionais
Apesar dos resultados, o sistema ainda enfrenta limitações importantes.
Os testes com maior produção de hidrogênio usaram ascorbato de sódio como doador de elétrons, um composto que facilita o desenvolvimento da reação.
Isso significa que o experimento ainda não demonstrou um sistema capaz de separar completamente a água em hidrogênio e oxigênio usando exclusivamente energia solar.
Os cientistas também avaliaram o comportamento do fotocatalisador com iodeto de sódio, um composto usado como mediador em alguns sistemas de separação da água.
No entanto, nessas condições, o material à base de ósmio produziu quantidades praticamente insignificantes de hidrogênio.
O problema estava relacionado à dificuldade de transferir elétrons do iodeto para o composto de ósmio após sua excitação.
Os resultados demonstraram que não basta captar mais luz: também é necessário garantir que as reações químicas subsequentes ocorram de forma eficiente.
Por essa razão, uma das próximas linhas de pesquisa é identificar mediadores de elétrons adequados e otimizar a estrutura molecular do fotocatalisador.
Outro desafio está relacionado ao uso do próprio ósmio, um metal raro e caro, cuja disponibilidade pode dificultar sua utilização em sistemas industriais de grande escala.
O que esse avanço significa para o futuro do hidrogênio verde
A pesquisa fornece informações para o desenvolvimento de tecnologias capazes de transformar diretamente a energia solar em combustíveis químicos.
Atualmente, uma das principais formas de produzir hidrogênio verde é usar eletricidade renovável para alimentar eletrolisadores que separam a água.
A fotossíntese artificial propõe uma alternativa diferente: usar materiais que absorvam diretamente a radiação solar e a transformem em energia química, reduzindo potencialmente a necessidade de etapas intermediárias de conversão.
No entanto, sua aplicação industrial depende da superação de desafios relacionados à eficiência, à estabilidade, aos custos de fabricação e à operação contínua.
Nesse contexto, a capacidade de utilizar uma faixa mais ampla de comprimentos de onda é uma ferramenta para melhorar o aproveitamento energético.
Os pesquisadores consideram que os princípios demonstrados também podem ser aplicados a outras tecnologias fotoquímicas, incluindo materiais destinados à conversão de dióxido de carbono em substâncias úteis.
Por enquanto, o desenvolvimento permanece em fase experimental. Sua viabilidade comercial e seu desempenho contínuo em instalações industriais ainda não foram demonstrados.
O principal resultado foi comprovar que uma alteração na composição molecular de um fotocatalisador permite captar radiação antes desperdiçada e aumentar a produção de hidrogênio em condições controladas.
O próximo desafio será levar essa melhoria a sistemas capazes de funcionar com água, luz solar e materiais economicamente viáveis, sem depender de reagentes adicionais que dificultem sua operação contínua.
