Otimização da separação fotoquímica de cargas em interfaces nanométricas de fotocatalisadores para a melhora da eficiência de conversão de energia solar em combustível por water splitting

• Processo: 14/22388-3
• Linha de fomento: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Vigência (Início): 01 de fevereiro de 2015
• Vigência (Término): 31 de janeiro de 2016
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Química Inorgânica
• Pesquisador responsável: Ana Flávia Nogueira
• Beneficiário: Mauricio Alves de Melo Junior
• Supervisor no Exterior: Frank E. Osterloh
• Instituição-sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Local de pesquisa : University of California, Davis (UC Davis), Estados Unidos
• Vinculado à bolsa: 13/05654-9 - Sólidos lamelares pilarizados com TiO2 e dopados com nanopartículas para a fotorredução de dióxido de carbono e water splitting, BP.PD
• Assunto(s): Fotocatálise

Resumo

Este projeto de pesquisa propõe o desenvolvimento de semicondutores porosos obtidos a partir da pilarização dos sólidos lamelares titanato de potássio (K2Ti4O9) e niobato de potássio (K4Nb6O17) e subsequente decoração com nanopartículas de co-catalisadores, para serem aplicados como fotocatalisadores na produção de H2 a partir de water splitting.As características expansíveis das estruturas lamelares de K2Ti4O9 e K4Nb6O17 serão exploradas para a introdução de pilares de dióxido de titânio (TiO2) nos seus espaços interlamelares através do processo de pilarização, criando novos sítios fotoativos, bem como aumentando a área superficial e as estabilidades dos materiais. Esta configuração, entretanto, permite que esses semicondutores pilarizados sejam capazes de absorver apenas a radiação ultravioleta, que corresponde a menos de 6% do espectro solar, devido aos altos valores de band gap dos semicondutores niobato, titanato e TiO2, que são superiores a 3,0 eV. Para superar essa restrição, os sólidos pilarizados serão decorados com nanopartículas dos co-catalisadores Au, Ag e NiO, para promover a absorção de uma faixa mais ampla do espectro solar e/ou evitar a rápida supressão do par elétron-buraco formado pela incidência de radiação nos sólidos.Os materiais sintetizados serão caracterizados por técnicas amplamente utilizadas, como difratometria de raios X, microscopia eletrônica de varredura e transmissão, termogravimetria, espectroscopia de reflectância difusa, análise elementar, espectroscopia no infravermelho e espectroscopia de absorção transiente, por exemplo. Mais especificamente, a separação fotoquímica de cargas em nanoescala, responsável pelo fenômeno de water splitting, será analisada através de espectroscopia de fotovoltagem de superfície (SPS), que é capaz de indicar as variações de diferença de potencial de contato geradas nas superfícies dos materiais após excitação com luz solar. Esta técnica será útil para elucidar o mecanismo da geração da diferença de potencial em cada caso, e os resultados serão correlacionados com as quantidades de hidrogénio geradas pela incidência de energia solar através de water splitting. (AU)

Publicações científicas

(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)

MELO, JR., MAURICIO A.; CARMINATI, SAULO A.; BETTINI, JEFFERSON; NOGUEIRA, ANA F. Pillaring and NiOx co-catalyst loading as alternatives for the photoactivity enhancement of K2Ti4O9 towards water splitting. SUSTAINABLE ENERGY & FUELS, v. 2, n. 5, p. 958-967, MAY 2018. Citações Web of Science: 1.

MELO, JR., MAURICIO A.; WU, ZONGKAI; NAIL, BENJAMIN A.; DE DENKO, ALEXANDRA T.; NOGUEIRA, ANA F.; OSTERLOH, FRANK E. Surface Photovoltage Measurements on a Particle Tandem Photocatalyst for Overall Water Splitting. Nano Letters, v. 18, n. 2, p. 805-810, FEB 2018. Citações Web of Science: 12.