Na procura de soluções viáveis ​​para a crescente crise energética do nosso planeta, a comunidade científica é cada vez mais atraída para a exploração de elementos menos conhecidos e as suas potenciais aplicações.

Entre estes, o boro, um elemento não metálico que ocupa a linha entre metais e não metais na Tabela Periódica, apresenta-se como um candidato digno de nota.

Suas propriedades únicas, como deficiência de elétrons e um orbital p desocupado, tornam o boro um assunto intrigante no domínio da conversão e armazenamento de energia.

Desde a síntese de pequenas moléculas ricas em energia até ao seu papel crescente em díodos emissores de luz e aplicações fotovoltaicas, as implicações multifacetadas do boro para as tecnologias de energia renovável atraem uma análise mais aprofundada.

Compreendendo o papel do boro na energia

Para compreender o papel significativo do boro em aplicações relacionadas à energia, é crucial aprofundar suas propriedades únicas e diversas funções na conversão de energia, armazenamento e ativação de pequenas moléculas.

O boro, localizado na encruzilhada de metais e não metais na Tabela Periódica, é uma potência de potencial para pesquisas relacionadas à energia devido à sua deficiência de elétrons e ao seu orbital p desocupado. Essas características facilitam a formação de uma infinidade de compostos com propriedades diversas.

O papel do boro na conversão e armazenamento de energia é particularmente notável. Está envolvido na síntese de pequenas moléculas ricas em energia e no armazenamento de energia química e elétrica.

Além disso, o boro é capaz de converter energia elétrica em luz, tornando-o um elemento valioso em tecnologias energéticas.

Sistemas baseados em boro, como pares frustrados de Lewis, diboranos e diborenos, têm mostrado resultados promissores na ativação de pequenas moléculas.

Além disso, compostos de boro estão sendo usados ​​no armazenamento de hidrogênio devido à sua alta capacidade de hidrogênio em peso. A versatilidade e o potencial do boro sustentam a sua importância em aplicações relacionadas com a energia, destacando a promessa do elemento para futuras soluções energéticas.

Ativando pequenas moléculas com boro

Com base no papel multifacetado do boro na energia, voltamos agora o nosso foco para a sua capacidade de ativar pequenas moléculas. As propriedades únicas do boro, como a deficiência de elétrons e o orbital p desocupado, permitem-lhe formar compostos com diversas propriedades, tornando-o um ator-chave na pesquisa relacionada à energia.

Pares frustrados de Lewis, juntamente com diboranos, diborenos e borilenos, promovem a ativação de pequenas moléculas como dihidrogênio, dinitrogênio e dióxido de carbono.

Além disso, as espécies de borileno mostraram potencial para ativação de pequenas moléculas livres de metal.

Embora a capacidade do boro para ativar pequenas moléculas tenha sido estabelecida, são necessárias mais pesquisas para descobrir toda a extensão do potencial do boro nesta área.

À medida que continuamos a explorar o potencial inexplorado do boro, torna-se claro que a sua capacidade de activar pequenas moléculas poderá desempenhar um papel significativo no avanço das tecnologias de energias renováveis.

Compostos de boro para armazenamento de hidrogênio

No domínio do armazenamento de energia, os compostos de boro, particularmente boranos e borohidretos, apresentam imenso potencial como transportadores de hidrogénio devido à sua elevada capacidade de hidrogénio em peso. Esses compostos oferecem densidades volumétricas e gravimétricas vantajosas de hidrogênio, tornando-os candidatos viáveis ​​para aplicações de armazenamento de energia.

Os aminaboranos, por exemplo, possuem uma elevada capacidade de hidrogénio com uma temperatura de libertação de hidrogénio relativamente baixa.

Os borohidretos de metais leves, por outro lado, requerem altas temperaturas para desidrogenação e enfrentam problemas com a formação de boretos estáveis ​​e boro elementar.

Menos estudados, mas igualmente promissores, são os octahidrotriboratos. Embora tenham reduzida reatividade dos átomos de hidrogénio hidrídicos, o seu potencial para armazenamento de hidrogénio não pode ser ignorado.

Por último, os compostos heterocíclicos BCN apresentam um caminho promissor para o armazenamento de hidrogénio e aplicações relacionadas com a energia.

A elevada capacidade de hidrogénio destes compostos de boro torna-os uma área de grande interesse no setor das energias renováveis. Mais investigação e desenvolvimento poderão abrir caminho à sua utilização mais ampla em soluções de armazenamento de energia eficientes e sustentáveis.

Avanços na catálise frustrada de pares de Lewis

A catálise Frustrated Lewis Pair (FLP), um campo em rápida evolução na química, tem visto avanços significativos com implicações de longo alcance para aplicações relacionadas à energia. Esses avanços centraram-se na capacidade dos FLPs de realizar reações normalmente reservadas para metais de transição.

As características únicas do boro foram aproveitadas nestas reações, com FLPs à base de boro exibindo uma capacidade particular de ativar pequenas moléculas.

Avanços recentes fizeram com que a catálise FLP alcançasse a tolerância à água, um marco significativo. Isto ampliou o escopo da catálise FLP, permitindo sua aplicação em ambientes mais variados e desafiadores.

Além disso, foram desenvolvidas conversões altamente enantiosseletivas. Isto abre o potencial para o uso da catálise FLP na síntese de moléculas quirais, um aspecto crucial da fabricação farmacêutica e agroquímica.

Outra conquista digna de nota é a ativação bem-sucedida da ligação intermolecular C (sp) −H e a borilação de heteroarenos usando FLPs. Isto é uma prova da versatilidade e do potencial da catálise FLP no domínio da tecnologia energética.

À medida que a pesquisa continua, espera-se que o papel do boro na catálise do FLP se expanda, impulsionando novos avanços neste campo emocionante.

Boro em diodos emissores de luz

O aproveitamento das propriedades únicas do boro levou a avanços significativos no desenvolvimento e na eficiência de diodos emissores de luz (LEDs). A natureza deficiente de elétrons do boro e a capacidade de formar compostos ricos em energia tornaram-no um ingrediente essencial na criação de LEDs de alto desempenho.

Os LEDs dopados com boro apresentam características de desempenho aprimoradas, como brilho aprimorado, pureza de cor e eficiência energética. Os átomos de boro substituem alguns dos átomos semicondutores na estrutura do LED, introduzindo níveis de energia adicionais que permitem a recombinação de elétrons e buracos, levando à emissão de luz.

Embora a dopagem com boro tenha mostrado resultados promissores na tecnologia LED, é necessária mais investigação para compreender e optimizar completamente o seu papel.

O potencial do boro nas tecnologias de energia renovável, incluindo a sua utilização em LED, oferece oportunidades promissoras para o desenvolvimento de soluções de iluminação mais eficientes e sustentáveis.

Aplicações fotovoltaicas de boro

A exploração das propriedades únicas do boro abriu recentemente novos caminhos no desenvolvimento de tecnologias fotovoltaicas. Sua capacidade de formar complexos estáveis ​​com vários elementos e sua alta afinidade por elétrons fazem dele um dopante ideal em células fotovoltaicas, particularmente em células solares à base de silício.

O papel do boro em aplicações fotovoltaicas envolve principalmente a criação de semicondutores do tipo p. São materiais que aceitam elétrons, criando o que é conhecido como “buracos”.

Esses buracos, em essência, atuam como portadores de carga positiva e são fundamentais no funcionamento das células fotovoltaicas. Quando a luz solar atinge a célula solar, os elétrons são soltos e se movem em direção ao material do tipo n, deixando para trás essas lacunas no material do tipo p. Este movimento de elétrons cria uma corrente elétrica que pode ser aproveitada para obter energia.

Além disso, a capacidade do boro de formar complexos com o carbono (compostos de boro-carbono) proporciona um potencial adicional para aplicações fotovoltaicas. Pesquisas sobre compostos de boro-carbono sugerem que eles poderiam servir como materiais eficazes para captação de luz em células solares orgânicas.

Em última análise, as propriedades únicas do boro apresentam oportunidades promissoras para o desenvolvimento de tecnologias de energia renovável mais eficientes e económicas.

Baterias à base de boro

Com base no papel promissor do boro em aplicações fotovoltaicas, as suas propriedades únicas também se prestam ao desenvolvimento e otimização de baterias à base de boro.

A deficiência de elétrons e o orbital p desocupado do boro permitem a formação de diversos compostos, tornando-o um candidato ideal para soluções de armazenamento de energia.

O potencial das baterias à base de boro reside na sua alta densidade energética e estabilidade térmica. São particularmente promissores para veículos eléctricos e dispositivos electrónicos portáteis, onde o peso e o tamanho são parâmetros cruciais.

A capacidade única do boro de formar estruturas estáveis ​​e complexas pode ser aproveitada para criar baterias com alta retenção de carga e ciclos de vida mais longos.

Complexos de hidreto de boro, devido à sua alta capacidade de armazenamento de hidrogênio, estão sendo explorados para uso em células a combustível de hidrogênio. Estas células de combustível à base de boro podem potencialmente oferecer elevada eficiência de conversão de energia e baixo impacto ambiental, tornando-as uma alternativa sustentável às fontes de energia tradicionais.

As propriedades únicas do boro abrem possibilidades interessantes no domínio do armazenamento de energia renovável.

Fonte: Innovation News Network

Disponível em: https://www.innovationnewsnetwork.com/exploring-the-potential-of-boron-in-renewable-energy-technologies/42446/