Desenvolvimento de materiais nanoestruturados avançados com revestimento seletivo para 'buracos' aplicados na fotossíntese artificial

• Processo: 15/23503-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2016
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2017
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Renato Vitalino Gonçalves
• Beneficiário: Renato Vitalino Gonçalves
• Pesquisador Anfitrião: Frank Erich Osterloh
• Instituição Sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: University of California, Davis (UC Davis), Estados Unidos
• Assunto(s): Materiais nanoestruturados Fotocatálise Óxidos semicondutores Espectroscopia
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Espectroscopia de fotovoltagem de superfície | fotocatalise e fotoeletrocatalise | fotossíntese artificial | Nanomateriais | óxidos semicondutores | Water splitting | Semicondutores e Superfícies

Resumo

A produção fotocatalítica de hidrogênio através da separação da água em H2/O2 usando energia solar tem sido reconhecida como um dos processos mais desafiadores e promissoras para a geração de energia limpa e renovável da atualidade. Este projeto de pesquisa tem como objetivo estudar e desenvolver nanoestruturas de óxido semicondutor (fotocatalisadores) com elevada eficiência e estabilidade em meios aquosos (resistência a corrosão) para a fotossíntese artificial e os mecanismos da reação. Para isso, nanoestruturas de titanato de estrôncio (SrTiO3) dopados com cromo (Cr) com morfologias específica serão sintetizados por processos hidrotérmicos e por rotas químicas úmidas e subsequentemente cobertos com uma camada fina de óxido de níquel que irá funcionar como um revestimento seletivo a buracos (ausência de elétrons), para reduzir a recombinação das cargas fotoexcitadas na banda de condução do semicondutor. As propriedades morfológicas, estruturais e eletrônicas dos nanomateriais, bem como os processos básicos envolvidos na reação de separação da molécula de água em H2 e O2 serão investigados utilizando várias técnicas experimentais avançadas, tais como microscopia eletrônica de varredura (MEV) e transmissão (MET), difração de raios-X (DRX) e refinamento Rietveld, espectroscopia de reflectância difusa, espectroscopia no infravermelho (IR), espectroscopia de absorção transiente e espectroscopia de fotovoltagem de superfície (SPV). Em especial, SPV será utilizada como uma ferramenta altamente sensível para sondar a geração e transferência de cargas fotogeradas na interface semicondutor/eletrólito, afim de nos fornecer informações do mecanismo da reação de separação da água em H2 e O2. Ainda, SPV nos dará informações sobre as bandas de energia do semicondutor nanoestruturado, estados de defeitos e a formação de cargas na interface semicondutor/substrato durante iluminação usando um simulador solar. (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)

ZHAO, ZEQIONG; GONCALVES, RENATO V.; BARMAN, SAJIB K.; WILLARD, EMMA J.; BYLE, EDAAN; PERRY, RUSSELL; WU, ZONGKAI; HUDA, MUHAMMAD N.; MOULE, ADAM J.; OSTERLOH, FRANK E.. Electronic structure basis for enhanced overall water splitting photocatalysis with aluminum doped SrTiO3 in natural sunlight. ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE, v. 12, n. 4, p. 1385-1395, APR 1 2019. (15/23503-3)