Efeitos plasmônicos durante a reação de evolução de oxigênio em camadas de óxidos de cobalto

• Processo: 24/15486-0
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Pesquisador Visitante - Internacional
• Data de Início da vigência: 25 de novembro de 2024
• Data de Término da vigência: 24 de fevereiro de 2025
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Susana Inés Córdoba de Torresi
• Beneficiário: Susana Inés Córdoba de Torresi
• Pesquisador visitante: Philippe Allongue
• Instituição do Pesquisador Visitante: Centre National De La Recherche Scientifique/Cnrs, França
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 21/00675-4 - Arquitetura de materiais para armazenamento de energia eletroquímica e catálise, AP.TEM
• Assunto(s): Eletrocatálise Eletroquímica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: electrocatalysis | electrodeposition | Transition Metal Oxides | ultrathin layers | water electrolysis | Eletroquímica

Resumo

A produção de hidrogênio com baixa emissão de gás carbônico está no cerne da atual transição energética. Uma alternativa promissora envolve a quebra da água através de fontes de energia renováveis, como solar e eólica, resultando no chamado hidrogênio verde. A eletrólise da água, que envolve a reação de evolução de hidrogênio (HER) no cátodo e a reação de evolução de oxigênio (OER) no ânodo, enfrenta desafios significativos. A OER, em particular, apresenta grandes limitações cinéticas. Óxidos de metais de transição, abundantes na Terra, se apresentam como eletrocatalisadores viáveis para eletrolisadores de grande escala. Extensas pesquisas têm sido conduzidas para projetar eletrocatalisadores de OER mais eficientes e estáveis, explorando estratégias como liga metálica e a engenharia de defeitos. Além disso, decorar os eletrocatalisadores de OER com nanopartículas (NPs) metálicas plasmônicas aparece como uma estratégia complementar para melhorar a atividade de materiais estabelecidos. A incidência de luz em comprimentos de onda específicos excita plasmons localizados nessas NPs, melhorando assim tanto as atividades de OER quanto de HER. Os mecanismos da eletroquímica induzida por plasmon são intrincados. A interação das NPs plasmônicas com a luz pode resultar em um campo eletromagnético amplificado, separação de portadores de carga e efeitos térmicos. Esses mecanismos contribuem coletivamente para o maior desempenho observado em eletrocatálise aumentada por plasmônicas. Idealmente, o sistema é otimizado para favorecer uma separação de carga (formação de pares elétron-buraco) que pode impulsionar uma reação eletroquímica que já está ocorrendo devido a um potencial aplicado. Para NPs depositadas em semicondutores, algumas questões permanecem em aberto: como os pares de elétron-buraco gerados pela irradiação influenciam a velocidade de reações eletroquímicas? Especificamente, estes portadores de carga podem impulsionar essas reações de maneira não-térmica, ou a dissipação de calor aumenta as densidades de corrente apenas através de um aumento da temperatura (dependência de Arrhenius)? Mais pesquisas são essenciais para entender esses mecanismos e otimizá-los para a conversão de energia. Nosso objetivo principal é investigar os mecanismos da eletrocatálise induzida por plasmon, especificamente a reação de evolução de oxigênio (OER) em camadas de CoOx decoradas com NPs de ouro. Esta camada será produzida pela eletrodeposição de íons de Co em uma camada tampão de Au, que posteriormente será anodizada para gerar a camada de óxido. Os efeitos plasmônicos serão explorados para realizar caracterizações por espectroscopia Raman in situ, que fornecerão informações sobre a estrutura do eletrocatalisador durante a OER. (AU)