Heterojunções em filmes finos funcionais para produção de hidrogênio via fotoeletrocatálise
Data
2025-08-26
Autores
Oliveira, Mauricio Rocha e Silva Carias de
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Resumo
O hidrogênio é um recurso versátil e de grande importância para a indústria, podendo ser encontrado de forma livre em reservatórios de petróleo, ou obtido a partir de diversas matérias-primas. Na indústria existem diversas rotas para a obtenção de hidrogênio, destacando-se o water splitting, na qual se utiliza energia para decompor a água em hidrogênio e oxigênio. Para a reação ocorrer, deve-se ceder uma quantidade mínima de energia, ou catalisar utilizando semicondutores que possuam fronteiras de banda adequadas para as reações redox. No entanto, existem problemas inerentes, como a recombinação do par elétron-lacuna fotogerado ou a baixa mobilidade dos portadores de carga, limitando suas aplicações. Para contornar este problema aplicam-se heterojunções, para promover um aumento na densidade de portadores de carga e melhorar a absorção no visível. O objetivo deste trabalho é, portanto, fabricar eletrodos heteroestruturados a partir dos materiais semicondutores BiVO4, CuO e WO3 utilizando técnicas simples, visando obter a melhor eficiência fotocatalítica para water splitting. Os fotoeletrodos foram caracterizados estrutural e eletroquimicamente por difração de raios-X, fluorescência de raios-X e microscopia eletrônica de varredura, e por técnicas voltamétricas, cronoamperometria e determinação da energia de gap para avaliar suas propriedades. O fotoeletrodo com três camadas CuO/WO3/BiVO4 – CuO/WO/BVO 5 h – apresentou o melhor desempenho foto(eletro)catalítico, com densidade de fotocorrente de 0,4 mA.cm-2 em 1,1 V vs. Ag/AgCl (KCl sat.). Este fotoanodo, constituído por uma combinação de esquema-Z e heterojunção tipo II, promoveu uma elevada geração de portadores de carga, com baixa taxa de recombinação. Esses resultados indicam que o material possui grande potencial para aplicação na produção sustentável de hidrogênio via water splitting, destacando-se por seu baixo custo e baixa toxicidade
Descrição
Palavras-chave
Heterojunções, Water splitting, Fotoeletrocatálise, Semicondutores, Hidrogênio verde, Fotocatálise, Eletrodos, Oxigênio