Projeto Hidrogênio Verde (ProHVer): centro de estudos de fotoeletrodos visando a geração sustentável de H2 combustível

• Processo: 22/02994-2
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Projeto Inicial
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2028
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: André Luis de Jesus Pereira
• Beneficiário: André Luis de Jesus Pereira
• Instituição Sede: Divisão de Ciências Fundamentais (IEF). Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA). Ministério da Defesa (Brasil). São José dos Campos , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Alfonso Muñoz Gonzalez ; Argemiro Soares da Silva Sobrinho ; Douglas Marcel Gonçalves Leite ; Francisco Javier Manjón Herrera ; Gilberto Petraconi ; Heberton Wender Luiz dos Santos ; Juan Ángel Sans Tresserras ; Marcilene Cristina Gomes ; Placida Rodriguez Hernandez ; Rodrigo Savio Pessoa
• Auxílio(s) vinculado(s): 23/07607-0 - EMU concedido no processo 2022/02994-2: FluoroMax Plus C, AP.EMU
• Bolsa(s) vinculada(s): 24/00539-1 - Sustentabilidade é Trend: Descubra o ProHVer e os Segredos dos Fotoeletrodos para um Mundo Sustentável!, BP.JC; 24/00548-0 - Sustentabilidade é Trend: Descubra o ProHVer e os Segredos dos Fotoeletrodos para um Mundo Sustentável!, BP.JC; 23/10449-7 - Estudo de Fotoeletrodos de g-C3N4/WO3-x/FTO Aplicados na Geração de Hidrogênio Solar, BP.MS
• Assunto(s): Semicondutores Energia solar Fotoeletroquímica Pulverização catódica Hidrogênio Produção de hidrogênio Combustíveis Sustentabilidade
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Energia Solar | fotoeletrodos | fotoeletroquímica | Hidrogênio Combustível | magnetron sputtering | semicondutores | Materiais Semicondutores

Resumo

Um dos principais desafios atualmente enfrentados pela humanidade é a busca de fontes de energia livres de carbono, ou seja, limpas e renováveis. Dentre as possíveis alternativas, a utilização de H2 molecular como combustível se destaca pela sua maior eficiência em relação aos derivados de petróleo e, principalmente, por ser ecologicamente sustentável. Entretanto, uma vez que o processo de geração do H2 também precisa ser limpo, eficiente e economicamente viável, atualmente muitos grupos de pesquisa ao redor do mundo buscam estudar e aperfeiçoar técnicas que satisfaçam esses requisitos. A produção fotoeletroquímica (PEC) de H2 combustível por meio do processo de reação de oxidação da água (ROA) utilizando a luz solar é um dos métodos com maior potencial de aplicações práticas. No entanto, alguns desafios ainda necessitam ser superados a fim de que esta tecnologia seja aplicada em larga escala. Dentre estes, se destaca a busca de novos materiais semicondutores a serem utilizados como fotoeletrodo em células PEC. Neste contexto, o Projeto Hidrogênio Verde (ProHVer) vem com a proposta de criação de uma linha de pesquisa junto ao Laboratório de Plasmas e Processos (LPP-ITA) que será dedicada ao estudo de filmes finos de materiais semicondutores aplicados como fotoeletrodo em células PEC. O ProHVer terá como foco realizar uma análise sistemática das propriedades de diversos tipos de materiais e entender como estas afetam a produção de H2 via processos PEC. Este entendimento permitirá a otimização tanto dos parâmetros de crescimento destes filmes quanto da arquitetura das células PEC. A interpretação dos resultados experimentais será realizada sob a luz de cálculos teóricos ab initio, permitindo uma compreensão mais aprofundada das propriedades dos materiais que serão estudados. Outra diretriz do projeto será trabalhar com materiais e técnicas de custo relativamente baixo, além de testar arquiteturas de células PEC mais simples, permitindo sua reprodutibilidade e escalabilidade. Tendo em vista esta premissa, como ponto de partida, serão estudados fotoeletrodos baseados em WO3-x, MoO3-x, TiO2, a-Fe2O3 e Cu2O depositados principalmente pela técnica de magnetron sputtering. Os estudos destes materiais serão direcionados para o entendimento do real papel de co-catalisadores no processo PEC e em metodologias para estender a faixa de absorção dos fotoeletrodos para regiões de energia abaixo de UV, permitindo uma diminuição nos custos de produção dos fotoeletrodos, concomitante com um aumento significativo na eficiência da geração de H2. Por fim, a implantação dessa linha de pesquisa no LPP-ITA será essencial para a formação de novos pesquisadores por meio de projetos de iniciação científica, mestrado, doutorado e pós-doutorado. Além disso, por envolver diversos pesquisadores tanto brasileiros quanto estrangeiros, espera-se que a criação desta nova linha de pesquisa ajude a consolidar a colaboração entre os grupos de pesquisa da ITA com grupos de outras universidades. (AU)

Publicações científicas

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(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

HORTA, ISABELA MACHADO; PEREIRA, ANDR E LUIS DE JESUS; JAKUTIS NETO, JONAS; SOBRINHO, ARGEMIRO SOARES DA SILVA; LEITE, DOUGLAS MARCEL GONCALVES. Enhancing sputtered GaN/Si film quality by adding AlGaN buffer layer in a continuous deposition process. SURFACES AND INTERFACES, v. 48, p. 12-pg., 2024-04-03. (15/06241-5, 22/02994-2)

DAMASCENO, BARBARA S.; DA SILVA, ANDERSON F. V.; EDDY, LUCAS; DE MELO, ARTHUR N.; BECKHAM, JACOB L.; CHOI, CHI HUN; HAN, YIMO; TOUR, JAMES M.; DE ARAUJO, ANA CLAUDIA V.; THIM, GILMAR P.; et al. Flash graphene and poly(o-methoxy aniline) for the composition of a solvent-based conductive ink. SURFACES AND INTERFACES, v. 50, p. 12-pg., 2024-05-25. (15/06241-5, 20/12507-6, 22/02994-2)

PEREIRA, ANDRE LUIS DE JESUS; SANS, JUAN ANGEL; VILAPLANA, ROSARIO; RAY, SUDESHNA; TADGE, PRACHI; GODOY JR, ARMSTRONG; HORTA, ISABELA M.; DA SILVA-SOBRINHO, ARGEMIRO S.; RODRIGUEZ-HERNANDEZ, PLACIDA; MUNOZ, ALFONSO; et al. Experimental and Theoretical Study of Sc₂O₃ Nanoparticles Under High Pressure. MINERALS, v. 15, n. 1, p. 17-pg., 2025-01-01. (22/02994-2)

PEREIRA, ANDRE LUIS DE JESUS; SANS, JUAN ANGEL; GOMIS, OSCAR; SANTAMARIA-PEREZ, DAVID; RAY, SUDESHNA; GODOY, ARMSTRONG; DA SILVA-SOBRINHO, ARGEMIRO SOARES; RODRIGUEZ-HERNANDEZ, PLACIDA; MUNOZ, ALFONSO; POPESCU, CATALIN; et al. Size-Dependent High-Pressure Behavior of Pure and Eu³⁺-Doped Y₂O₃ Nanoparticles: Insights from Experimental and Theoretical Investigations. NANOMATERIALS, v. 14, n. 8, p. 21-pg., 2024-04-01. (22/02994-2)

DE OLIVEIRA, R. S.; FOLLI, H. A.; HORTA, I. M.; DAMASCENO, B. S.; AUGSTROSE, J. H. C.; MIYAKAWA, W.; PEREIRA, A. L. J.; MASSI, M.; SOBRINHO, A. S. DA SILVA; LEITE, D. M. G.. Identification of Self-Buffer Layer on GaN/glass Films Grown by Reactive Sputtering. MATERIALS RESEARCH-IBERO-AMERICAN JOURNAL OF MATERIALS, v. 26, p. 6-pg., 2023-01-01. (22/02994-2, 15/06241-5, 11/50773-0)