Controle das propriedades eletrônicas de nanoestruturas colunares de hematita por dupla inserção de elementos de transição para aplicação na quebra fotoeletrocatalítica da molécula de água

• Processo: 21/07459-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2021
• Data de Término da vigência: 07 de junho de 2026
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Flavio Leandro de Souza
• Beneficiário: Karen Cristina Bedin
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Empresa: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Química (IQ)
• Vinculado ao auxílio: 17/11986-5 - Geração e Armazenamento de Novas Energias: trazendo desenvolvimento tecnológico para o país, AP.PCPE
• Assunto(s): Eletrodos Hematita Materiais nanoestruturados Propriedades eletrônicas Elementos de transição Titânio Zircônio Nióbio Fotoeletrocatálise Geração de energia Luz solar
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: conversão de luz | dupla inserção de elementos | estruturas colunares | interface sólido-líquido | Óxido De Ferro | Eletrodos de hematita

Resumo

A presente proposta de pesquisa tem como foco a preparação de novos eletrodos a base de nanoestruturas de hematita orientadas verticalmente, combinando dois elementos (titânio e zircônio ou titânio e nióbio), para aplicação na geração de energia alternativa livre de carbono a partir da fotoeletrólise da molécula de água induzida por luz solar. Os elementos foram selecionados com base nas suas características físico-químicas, discutidas nesta proposta, que podem proporcionar melhoras nas propriedades eletrônicas e estruturais da hematita. Busca-se desenvolver um método direcionado à redução dos problemas eletrônicos da hematita, decorrentes de processos ineficientes de separação de cargas fotogeradas, sem interferir negativamente nas propriedades de absorção de luz e na eficiência em promover as reações químicas superficiais envolvidas na fotoeletrólise da molécula de água. O estudo voltado à engenharia das interfaces dos eletrodos a base de hematita será primordial e cuidadosamente executado, a partir de passos experimentais pré-definidos, baseados na síntese hidrotermal assistida por micro-ondas e técnicas de caracterização morfológica, ótica, estrutural e eletroquímica. Após o delineamento metodológico do melhor trajeto experimental a ser seguido para obtenção de um eletrodo eficiente, o desempenho como fotoânodo na reação de quebra da molécula de água será avaliado em meio alcalino, utilizando um simulador de luz solar (filtro AM 1,5 global, 100 mW cm2) em conjunto com um potenciostato. Em face do proposto, o projeto de pesquisa apresentado será vinculado à Divisão 1 - Portadores Densos de Energia (DEC), pertencente ao processo Shell-FAPESP 17/11986-5, na área que se compromete com o desenvolvimento de materiais nanoestruturados, fundamentando-se na investigação das características inerentes aos mesmos, com o intuito de modificá-las para alavancar a separação e transporte de cargas fotogeradas nas interfaces. Ademais, a quantificação do hidrogênio gerado com a fotoeletrólise poderá ser realizada com o auxílio de um cromatógrafo gasoso recentemente adquirido para compor a infraestrutura do laboratório. (AU)

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)

THOMAZ, KELLY T. C.; BEDIN, KAREN C.; RODRIGUEZ-GUTIERREZ, INGRID; VERISSIMO, NATHALIA C.; BETTINI, JEFFERSON; SOUZA, FLAVIO L.. Interfacial engineering of hematite photoanodes toward high water splitting performance. MATERIALS TODAY ENERGY, v. 37, p. 11-pg., 2023-10-01. (17/11986-5, 17/02317-2, 21/07459-5, 19/06654-9)

RODRIGUEZ-GUTIERREZ, INGRID; PEREGRINO, LIZANDRA R. P.; BEDIN, KAREN C.; MORISHITA, GUSTAVO M.; MORAIS, GABRIEL H.; CASTRO, RICARDO H. R.; LEITE, EDSON R.; SOUZA, FLAVIO L.. Overcoming scale-up challenges for nanostructured photoelectrodes via one-step interface engineering. INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, v. 58, p. 11-pg., 2024-01-31. (19/06654-9, 21/07459-5, 17/02317-2, 17/11986-5)

SANTOS, GABRIEL T. DOS; BEDIN, KAREN C.; FIUZA, TANNA E. R.; RODRIGUEZ-GUTIERREZ, INGRID; FICHTNER, PAULO F. P.; SOUZA, FLAVIO L.; BETTINI, JEFFERSON. Nanostructured FTO/Zr-hematite interfaces for solar water-splitting applications. Applied Surface Science, v. 645, p. 9-pg., 2023-11-09. (17/11986-5, 21/07459-5, 19/06654-9, 21/10672-2)

BEDIN, KAREN C.; RODRIGUEZ-GUTIERREZ, INGRID; PEREGRINO, LIZANDRA R. P.; VAYSSIERES, LIONEL; SOUZA, FLAVIO L.. On electron loss lowering at hematite photoelectrode interfaces. Journal of the American Ceramic Society, v. N/A, p. 14-pg., 2022-04-04. (17/02317-2, 17/11986-5, 13/07296-2, 21/07459-5)