Estudo da superfície de nanoestruturas de hematita pela técnica de micro-calorimetria de adsorção de água

Resumo

Hematita é o quarto elemento em abundância na Terra e a fase termodinamicamente mais estável do óxido de ferro. Nos últimos anos o interesse pela hematita tem se intensificado devido o seu potencial para aplicação como fotoanodo em células fotoeletroquímicas (PEC) para geração de hidrogênio por meio da quebra da molécula da água na presença de luz solar. Apesar de inúmeros progressos com intenção de tornar a hematita apta para aplicação comercial em PEC, muitas limitações ainda precisam ser superadas. Neste sentido hematite pura e dopadas (Sn, W, e Ti) serão sintetizadas pelo método químico de solução aquosa mantida em condições hidrotermais em baixa temperatura (em 100 oC) e curto período (1 h). Para se obter a fase desejada com superfície ativada, um tratamento térmico adicional em 750 oC é necessário. É consenso na literatura que o tratamento térmico em altas temperaturas é mandatório para se obter um bom desempenho do material proposto. A compreensão do efeito da temperatura é ainda um desafio. O foco principal dessa proposta de pesquisa é investigar e compreender a função da temperatura na ativação da superfície da hematite utilizando medidas de calorimetrias em temperatura ambiente e alta. De forma complementar, o uso de diferentes dopantes e diferentes orientações dos cristais serão investigados para compreender seus efeitos nas propriedades de transporte de carga e nas reações químicas que ocorrem na superfície da hematita. Algumas técnicas serão utilizada combinadas a análise de microcalorimetria de adsorção de agua tais como, difração de raios X, calorimetria de alta temperatura, termogravimetria, microscopia eletrônica de varredura e transmissão acompanhados a um analisador de composição de química. Essas descobertas nos auxiliaram a compreender de forma mais profunda as características fundamentais da hematita e ajudar a vencer as limitações que impende esse material de serem aplicados como fotoanodos em dispositivos fotoeletroquímicos (PEC).