Eletro e fotocatalisadores contendo vanádio para reação da evolução do oxigênio: uma revisão

• Processo: 19/26114-9
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Publicações científicas - Artigo
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2019
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2020
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química
• Pesquisador responsável: Lucio Angnes
• Beneficiário: Lucio Angnes
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Revisão Vanádio
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Eletrocatalisador | Fotocatalisador | oxidação de água | reação de evolução de oxigênio | Revisão | Vanádio | Eletrocatálise e fotocatálise

Resumo

O frenético desenvolvimento global está melhorando a qualidade de vida média de uma maneira sem precedentes, mas às custas da crescente pressão sobre os recursos naturais, a poluição ambiental e a demanda de energia, que estão sendo exacerbadas pelo crescimento populacional e industrialização nos países em desenvolvimento. Provavelmente, a demanda de energia é a que mais contribui para essa situação, exigindo o desenvolvimento de fontes alternativas de energia limpas e renováveis, a fim de evitar uma crise energética iminente no futuro próximo. Uma solução possível é uma sociedade em que a maioria das necessidades de energia é atendida pela separação de água fotoinduzida ou eletroquímica, armazenando energia solar como hidrogênio e gás dióxido de oxigênio e liberando a energia química nas células de combustível enquanto regenera a água. No entanto, a reação de evolução de oxigênio (OER) e a reação de redução de oxigênio que ocorrem respectivamente nas células de separação de água e de combustível são bastante lentas por causa de sua natureza multieletrônica e multiprotônica. Catalisadores como IrO2 e RuO2 estão sendo utilizados com sucesso como eletrocatalisadores OER de última geração, mas esses materiais nobres à base de metal são severamente limitados por sua escassez e alto custo. Assim, eletro/fotocatalisadores nobres, livres de metais, estão sendo avidamente procurados para fornecer alternativas mais sustentáveis. Nesse contexto, eletro e fotocatalisadores à base de vanádio e contendo vanádio à base de hidróxidos/oxi-hidróxidos/óxidos, vanadatos, calcogenetos e nitretos estão se destacando entre as alternativas mais promissoras, e avanços recentes demonstraram seu papel fundamental no aprimoramento da atividade catalítica. fortes efeitos estruturais e eletrônicos sinérgicos. De fato, esses materiais de alto desempenho têm o potencial de tornar as células de combustível e os dispositivos fotossintéticos competitivos o suficiente para converter energia química em eletricidade e energia solar em combustível solar, permitindo produção, armazenamento e uso em larga escala da energia infinita da Sun em de uma maneira mais conveniente e segura. Também são fornecidas perspectivas sobre a preparação, avaliação dos efeitos sinérgicos da atividade eletro/fotocatalítica do OER e sua correlação com a estrutura eletrônica e cristalina dos materiais, bem como sobre o design do material do eletrodo. (AU)