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Dispositivos de filmes finos de calcogenetos de alta eficiência para a conversão de energia solar em combustíveis

Processo: 20/09000-7
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
Vigência (Início): 01 de outubro de 2020
Vigência (Término): 31 de dezembro de 2021
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Pesquisador responsável:Marcos Antonio Santana Andrade Junior
Beneficiário:Arthur Corrado Salomão
Instituição-sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
Assunto(s):Energia solar   Filmes finos   Calcogeneto   Hidrogênio   Fotoeletroquímica   Cromatografia líquida de alta eficiência   Difração por raios X   Espectroscopia Raman

Resumo

A crescente demanda energética mundial e os problemas ambientais resultantes da intensa utilização dos combustíveis fósseis, reiteram a necessidade do desenvolvimento de uma alternativa energética limpa, renovável e economicamente viável. Uma das vantagens da utilização do hidrogênio como combustível é que em seu processo de combustão não há emissão de gases poluentes para a atmosfera. O processo fotoeletroquímico de redução da água é visto como um processo interessante porque utiliza a energia do fóton para decompor a água do eletrólito e produzir H2. Um bom material fotocatalisador para este sistema tem que apresentar alta estabilidade física e química, baixo custo de produção, baixa taxa de recombinação elétron/buraco e ser abundante na crosta terrestre. O catalisador mais eficiente para este sistema é a platina, no entanto, fatores como alto custo e escassez fazem dela um material não viável para utilização em larga escala. Calcogenetos ternários e quaternários aplicados como camadas absorvedoras em células solares de alta eficiência são também candidatos à conversão eficiente de luz solar a hidrogênio. Os fotocatodos de calcogenetos (calcopirita e kesterita) utilizados na geração fotoeletroquímica de hidrogênio, tipicamente contém uma camada de CdS sobre a camada de semicondutor do tipo p, dando origem a uma junção p-n que contribui para uma separação eficiente das cargas. Recentemente MoS2 foi relatado como um possível candidato viável aos sistemas contendo CdS e Pt., e dessa forma, este projeto se propõe a desenvolver e caracterizar fotocatodos de calcopiritas (CuInSe2 e CuInGaSe2) e kesterita (Cu2ZnSNSe4) contendo uma camada posterior de MoS2 e WS2, em alternativa ao CdS e a Pt. A fim de aumentar atividade catalítica de geração de hidrogênio, as camadas de MoS2 e WS2 serão dopados com Cu, Ni e Co. A caracterização física dos filmes será realizada com base em diferentes técnicas como Espectroscopia na região UV-Vis, Difração de Raios-X, Espectroscopia Raman, entre outras. Para a avaliação do material mais eficaz, serão realizadas curvas de polarização potenciostática e galvanostática a fim de analisar os parâmetros de Tafel tais como o sobrepotencial aplicado e a densidade de corrente de troca. Os filmes preparados terão a aplicabilidade avaliada na catálise da reação de redução da água para desprendimento de hidrogênio em um sistema fotoeletroquímico.