Estudo da superfície de nanoestruturas de hematita pela técnica de micro-calorimetria de adsorção de água

• Processo: 16/02157-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa
• Data de Início da vigência: 14 de agosto de 2016
• Data de Término da vigência: 13 de agosto de 2017
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Flavio Leandro de Souza
• Beneficiário: Flavio Leandro de Souza
• Pesquisador Anfitrião: Ricardo Hauch Ribeiro de Castro
• Instituição Sede: Centro de Ciências Naturais e Humanas (CCNH). Universidade Federal do ABC (UFABC). Ministério da Educação (Brasil). Santo André , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: University of California, Davis (UC Davis), Estados Unidos
• Assunto(s): Nanociência Materiais nanoestruturados
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: hematite | Nanostructure | sintering process | water adsorption microcalorimetry | nanociência

Resumo

Hematita é o quarto elemento em abundância na Terra e a fase termodinamicamente mais estável do óxido de ferro. Nos últimos anos o interesse pela hematita tem se intensificado devido o seu potencial para aplicação como fotoanodo em células fotoeletroquímicas (PEC) para geração de hidrogênio por meio da quebra da molécula da água na presença de luz solar. Apesar de inúmeros progressos com intenção de tornar a hematita apta para aplicação comercial em PEC, muitas limitações ainda precisam ser superadas. Neste sentido hematite pura e dopadas (Sn, W, e Ti) serão sintetizadas pelo método químico de solução aquosa mantida em condições hidrotermais em baixa temperatura (em 100 oC) e curto período (1 h). Para se obter a fase desejada com superfície ativada, um tratamento térmico adicional em 750 oC é necessário. É consenso na literatura que o tratamento térmico em altas temperaturas é mandatório para se obter um bom desempenho do material proposto. A compreensão do efeito da temperatura é ainda um desafio. O foco principal dessa proposta de pesquisa é investigar e compreender a função da temperatura na ativação da superfície da hematite utilizando medidas de calorimetrias em temperatura ambiente e alta. De forma complementar, o uso de diferentes dopantes e diferentes orientações dos cristais serão investigados para compreender seus efeitos nas propriedades de transporte de carga e nas reações químicas que ocorrem na superfície da hematita. Algumas técnicas serão utilizada combinadas a análise de microcalorimetria de adsorção de agua tais como, difração de raios X, calorimetria de alta temperatura, termogravimetria, microscopia eletrônica de varredura e transmissão acompanhados a um analisador de composição de química. Essas descobertas nos auxiliaram a compreender de forma mais profunda as características fundamentais da hematita e ajudar a vencer as limitações que impende esse material de serem aplicados como fotoanodos em dispositivos fotoeletroquímicos (PEC).

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)

MUCHE, DERECK N. F.; SOUZA, FLAVIO L.; CASTRO, RICARDO H. R.. New ultrasonic assisted co-precipitation for high surface area oxide based nanostructured materials. REACTION CHEMISTRY & ENGINEERING, v. 3, n. 3, p. 244-250, JUN 1 2018. (16/02157-2)

ITO, NATHALIE MINKO; CARVALHO, JR., WALDEMIR MOURA; MUCHE, DERECK NILLS FERREIRA; CASTRO, RICARDO HAUCH RIBEIRO; DALPIAN, GUSTAVO MARTINI; SOUZA, FLAVIO LEANDRO. High temperature activation of hematite nanorods for sunlight driven water oxidation reaction. Physical Chemistry Chemical Physics, v. 19, n. 36, p. 25025-25032, SEP 28 2017. (13/05471-1, 11/19924-2, 16/02157-2, 13/07296-2)

CARVALHO-JR, W. M.; MENDONCA-FERREIRA, L.; COSTA, F. N.; FERREIRA, F. F.; MUCHE, D. N. F.; TOFANELLO, R. A.; CASTRO, R. H. R.; SOUZA, F. L.. Annealing control of hydrothermally grown hematite nanorods: Implication of structural changes and Cl concentration on weak ferromagnetism. Journal of Alloys and Compounds, v. 799, p. 83-88, AUG 30 2019. (16/02157-2, 13/05471-1, 13/07296-2, 11/19924-2)

SOUZA, FLAVIO L.. Sunlight-driven water splitting using hematite nanorod photoelectrodes. Anais da Academia Brasileira de Ciências, v. 90, n. 1, 1, p. 745-762, 2018. (11/19924-2, 16/02157-2, 13/07296-2)