Células solares à base de TiO2 sensibilizadas por corantes (S) são promissoras e poderão vir a substituir as células de silício. Nessas células, o corante adsorvido sobre o TiO2 é responsável por absorver a energia luminosa (hν), e o corante excitado (S*) é capaz de transferir elétrons para o TiO2. Um esquema dessa célula e os processos envolvidos estão ilustrados na figura. A conversão de energia solar em elétrica ocorre por meio da sequência de reações apresentadas.
LONGO, C.; DE PAOLI, M.-A. Dye-Sensitized Solar Cells: A Successful Combination of Materials.
Journal of the Brazilian Chemical Society, n. 6, 2003 (adaptado).
A reação 3 é fundamental para o contínuo funcionamento da célula solar, pois
Esta questão avalia o funcionamento das células solares sensibilizadas por corante (DSSC), com foco nos processos de oxidação e redução (oxirredução) que permitem o ciclo contínuo de conversão de energia.
Observando as reações apresentadas na figura:
Reação 1: \text{TiO}_2|\text{S} + h\nu \rightarrow \text{TiO}_2|\text{S*} — o corante absorve luz e é excitado.
Reação 2: \text{TiO}_2|\text{S*} \rightarrow \text{TiO}_2|\text{S}^+ + e^- — o corante excitado injeta elétrons no \text{TiO}_2, ficando oxidado (\text{S}^+).
Reação 3: \text{TiO}_2|\text{S}^+ + \tfrac{3}{2}\,\text{I}^- \rightarrow \text{TiO}_2|\text{S} + \tfrac{1}{2}\,\text{I}_3^- — o corante oxidado (\text{S}^+) é reduzido de volta à sua forma original (\text{S}), sendo regenerado pelo mediador \text{I}^-.
Reação 4: \tfrac{1}{2}\,\text{I}_3^- + e^- \rightarrow \tfrac{3}{2}\,\text{I}^- — o \text{I}_3^- é reduzido no eletrodo de platina, fechando o ciclo do mediador.
A reação 3 é fundamental porque, sem ela, o corante permaneceria na forma oxidada (\text{S}^+) e não poderia absorver luz novamente (reação 1), interrompendo o funcionamento da célula. Ela regenera o corante, permitindo que o ciclo de absorção e transferência de elétrons se repita continuamente.
As demais alternativas estão incorretas: na reação 3, o \text{I}^- é oxidado a \text{I}_3^- (não reduzido); a oxidação do corante já ocorre na reação 2; e a transferência de elétrons para o \text{TiO}_2 acontece na reação 2, não na 3.
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