Fotossíntese artificial: desenvolvimento de sistemas Tandem para a produção de hidrogênio combustível a partir da água e luz solar

• Processo: 17/18716-3
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2018
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2023
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Renato Vitalino Gonçalves
• Beneficiário: Renato Vitalino Gonçalves
• Instituição Sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 20/05689-0 - Preparação de nanoestruturas de g-C3N4 de baixo custo: estudo da eficiência fotoquímica através da geração de hidrogênio pela fotossíntese artificial, BP.IC; 19/18724-1 - Desenvolvimento de filmes de CuWO4 e estudo das propriedades eletrônicas para aplicação na fotossíntese artificial, BP.IC; 18/25705-0 - Estudo das junções NaTaO3/Fe2TiO5 e NaTaO3/WO3 para a formação de sistemas tandem para a produção de hidrogênio a partir da água e luz solar, BP.MS; 18/11059-0 - Estudo das propriedades eletrônicas e estruturais das junções SrTiO3/Fe2TiO5, SrTiO3/BiVO4 e SrTiO3/CuWO4 para a formação de sistemas tandem para a produção de hidrogênio a partir da água e luz solar, BP.DD
• Assunto(s): Fotocatálise Fotossíntese artificial Hidrogênio Água Luz solar Semicondutores Pulverização catódica Espectroscopia
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Energias Renováveis | fotocatalise | fotossíntese artificial | Junções Tandem | Produção de hidrogênio solar | semicondutores | Fotocatálise

Resumo

A energia solar é a fonte de energia renovável mais abundante e limpa disponível na atualidade com perspectivas reais para a manutenção da matriz energética mundial. Dentre as possibilidades de utilização da energia solar, a reação da fotossíntese artificial para a geração de hidrogênio combustível é considerada a estratégia mais promissora. Entretanto, o desenvolvimento de semicondutores estáveis em meio aquoso e capaz de absorver luz solar na faixa do espectro da luz visível para a reação da fotossíntese artificial ainda continua sendo um grande desafio e tarefa notável. Recentemente, junções Tandem de dois materiais semicondutores, com propriedades eletrônicas e estruturais complementares, surgiram como uma nova tecnologia promissora para superar os desafios da reação da fotossíntese artificial. Assim, o principal objetivo deste projeto é o desenvolvimento de materiais semicondutores nanoestruturados com propriedades eletrônicas adequadas para absorverem luz solar na faixa do espectro da luz visível e, estáveis em meio aquoso, para a formação de novas junções Tandem com alta eficiência para a reação da fotossíntese artificial em suspensão. As junções Tandem serão preparadas via pulverização catódica modificada. A pulverização catódica modificada é um método físico que não utiliza agentes redutores, surfactantes ou estabilizadores para formar as junções, o que é altamente desejado na reação da fotossíntese artificial. As propriedades eletrônicas e estruturais dos materiais serão investigadas utilizando técnicas avançadas como espectroscopia de absorção de raios-X (XAS), espectroscopia de emissão de raios-X (XES), difração de raios-X (XRD), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e espectroscopia UV-Vis, a fim de desenhar sistemas Tandem de alta eficiência. (AU)

Publicações científicas

(9)

(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)

LUCAS, THALLES T. A.; MELO, MAURICIO A.; FREITAS, ANDRE L. M.; SOUZA, FLAVIO L.; GONCALVES, V, RENATO. Enhancing the solar water splitting activity of TiO2 nanotube-array photoanode by surface coating with La-doped SrTiO3. SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS, v. 208, MAY 2020. (17/18716-3)

CENTURION, HIGOR A.; RABELO, LUCAS G.; RODRIGUEZ-GUTIERREZ, INGRID; FERRER, MATEUS M.; BETTINI, JEFFERSON; WENDER, HEBERTON; ROSSI, LIANE M.; SOUZA, FLAVIO L.; GONCALVES, RENATO, V. Constructing Particulate p-n Heterojunction Mo:SrTiO3/NiO@Ni(OH)(2) for Enhanced H-2 Evolution under Simulated Solar Light. ACS APPLIED ENERGY MATERIALS, v. 5, n. 10, p. 12-pg., 2022-10-12. (17/18716-3, 20/15230-5, 18/11059-0, 14/50279-4)

CENTURION, HIGOR A.; MELO, MAURICIO A.; RABELO, LUCAS G.; ALVES, GUSTAVO A. S.; SANTA ROSA, WASHINGTON; RODRIGUEZ-GUTIERREZ, INGRID; SOUZA, FLAVIO L.; GONCALVES, RENATO V.. Emerging trends of pseudobrookite Fe2TiO5 photocatalyst: A versatile material for solar water splitting systems. Journal of Alloys and Compounds, v. 933, p. 18-pg., 2023-02-05. (18/11059-0, 14/50279-4, 17/18716-3, 20/15230-5)

ALVES, GUSTAVO A. S.; CENTURION, HIGOR A.; SAMBRANO, JULIO R.; FERRER, MATEUS M.; GONCALVES, V, RENATO. Band Gap Narrowing of Bi-Doped NaTaO3 for Photocatalytic Hydrogen Evolution under Simulated Sunlight: A Pseudocubic Phase Induced by Doping. ACS APPLIED ENERGY MATERIALS, v. 4, n. 1, p. 671-679, JAN 25 2021. (19/08928-9, 18/25705-0, 17/18716-3)

MELO, MAURICIO A.; CENTURION, HIGOR A.; MACHADO, GIOVANNA; SOUZA, FLAVIO L.; GONCALVES, RENATO, V. Binary Transition Metal NiFeOx and CoFeOx Cocatalysts Boost the Photodriven Water Oxidation over Fe2TiO5 Nanoparticles. HEMNANOMA, v. 8, n. 4, p. 8-pg., 2022-02-25. (17/18716-3, 17/11986-5)

MELO, MAURICIO A.; CENTURION, HIGOR A.; LUCAS, THALLES T. A.; MUCHE, DERECK N. F.; SOUZA, FLAVIO L.; GONCALVES, RENATO, V. Pseudobrookite Fe2TiO5 Nanoparticles Loaded with Earth-Abundant Nanosized NiO and Co3O4 Cocatalysts for Photocatalytic O-2 Evolution via Solar Water Splitting. ACS APPLIED NANO MATERIALS, v. 3, n. 9, p. 15-pg., 2020-09-25. (17/11986-5, 17/18716-3)

ROSA, WASHINGTON S.; RABELO, LUCAS G.; TIVERON ZAMPAULO, LUIS GUSTAVO; GONCALVES, RENATO, V. Ternary Oxide CuWO4/BiVO4/FeCoOx Films for Photoelectrochemical Water Oxidation: Insights into the Electronic Structure and Interfacial Band Alignment. ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES, v. 14, n. 20, p. 12-pg., 2022-01-12. (19/18724-1, 19/15434-2, 17/18716-3)

RODRIGUES, JOAO E. F. S.; ROSA, WASHINGTON S.; FERRER, MATEUS M.; CUNHA, THIAGO R.; MORENO ZAPATA, MAXIMILIANO JESUS; SAMBRANO, JULIO R.; MARTINEZ, JOSE L.; PIZANI, PAULO S.; ALONSO, JOSE A.; HERNANDES, ANTONIO C.; et al. Spin-phonon coupling in uniaxial anisotropic spin-glass based on Fe2TiO5 pseudobrookite. Journal of Alloys and Compounds, v. 799, p. 563-572, AUG 30 2019. (13/07793-6, 17/18716-3, 13/07296-2)

KOHLRAUSCH, EMERSON C.; CENTURION, HIGOR ANDRADE; LODGE, RHYS W.; LUO, XUANLI; SLATER, THOMAS; SANTOS, MARCOS J. L.; LING, SANLIANG; MASTELARO, VALMOR R.; CLIFFE, MATTHEW J.; GONCALVES, RENATO VITALINO; et al. A high-throughput, solvent free method for dispersing metal atoms directly onto supports. JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A, v. 9, n. 47, NOV 2021. (17/18716-3, 13/07296-2)