Fotocatodo à base de Si contendo camada protetiva de Al2O3 e catalisador de evolução de hidrogênio COP

• Processo: 20/05476-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2020
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2021
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Lucia Helena Mascaro Sales
• Beneficiário: João Pedro Gaudencio Ribeiro dos Santos
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/07296-2 - CDMF - Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais, AP.CEPID
• Assunto(s): Eletroquímica Hidrogênio Catalisadores Matrizes Ligações químicas Difração por raios X Microscopia eletrônica de varredura Espectroscopia de impedância eletroquímica Espectrofotometria atômica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: fotocatodo | Hidrogênio | sistemas fotoeletroquímicos | Water splitting | Eletroquimica

Resumo

Um dos maiores desafios já enfrentados pela humanidade consiste na transformação e ampliação da matriz energética a partir do uso de fontes ambientalmente amigáveis. Uma excelente alternativa são os sistemas fotoeletroquímicos para decomposição da H2O em H2 e O2, os quais permitem o armazenamento de energia em ligações químicas. São muitos os esforços para obtenção de materiais capazes de apresentar eficiência de conversão de fótons incidentes em corrente suficiente para tornar esses sistemas atrativos comercialmente. Amplamente utilizado em células solares, o Si exibe enorme potencial, apresentando características de energia de band gap e posição de banda de condução adequados para a produção de hidrogênio mediante aplicação de pequeno sobrepotencial. Esse sobrepotencial pode ser facilmente fornecido por um painel solar, em um sistema tandem. No entanto, embora o Si seja um ótimo material absorvedor, a baixa estabilidade em eletrólitos aquosos e a lenta cinética de transferência de carga na superfície são fatores restritivos para water splitting. Dessa forma, este projeto visa empregar duas estratégias para solucionar tais limitações, (i) formação de camadas protetivas a base de Al2O3 e (ii) deposição do catalisador de evolução de hidrogênio fosfeto de cobalto (CoP). Para isso, serão avaliadas três técnicas de deposição (imersão, eletrodeposição e spin coating) da camada de Al2O3 sobre o substrato de Si monocristalino, visando assim garantir a formação de uma camada fina, aderente e uniforme. Na sequência será eletrodepositado Co utilizando regime galvanostático pulsado em solução de Co(NO3)2 0,05 mol L-1 + KNO3 0,5 mol L-1. A conversão do filme de Co para CoP será realizada por fosfidação. Esses fotocatodos serão caracterizados por difratometria de raio-X, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de impedância eletroquímica, espectrofotometria de absorção ultravioleta-visível e por medidas fotoeletroquímicas utilizando lâmpada de Xenon como fonte de iluminação com irradiância de 100 mW cm-2 e filtro AM 1.5G. Espera-se que com ambas as metodologias sejam obtidos materiais com excelente desempenho fotoeletroquímico para aplicação na evolução de H2.