Desenvolvimento de heteroestruturas de Nb2O5/g-C3N4 decoradas com nanopartículas Cu e Zn para fotoconversão de CO2 em produtos para indústria química

• Processo: 23/02814-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2027
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Tecnologia Química
• Pesquisador responsável: Francisco Guilherme Esteves Nogueira
• Beneficiário: Alejandro Sifuentes Clemente
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 22/02980-1 - Desenvolvimento de semicondutores para fotoconversão de CO2 em combustíveis solares e produtos para indústria química, AP.PNGP.PI
• Assunto(s): Dióxido de carbono Fotocatálise Nióbio Semicondutores
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Dióxido de carbono | fotocatalise | fotoconversão de CO2 | Niobio | nitreto de carbono grafítico | semicondutores | Materiais Fotocatalíticos

Resumo

Nas últimas décadas, a concentração de gases que causam o efeito estufa tem aumentado significativamente. Entre esses gases, destaca-se o dióxido de carbono (CO2), que é emitido pela queima de combustíveis fósseis e por atividades industriais, como a produção de cimento, aço e refino petroquímico, entre outras. Portanto, o desenvolvimento de tecnologias para a redução ou conversão do CO2 é fundamental e estratégico para o desenvolvimento ambiental e econômico do Brasil. Nesse contexto, destacam-se os processos fotocatalíticos, que podem utilizar a luz solar como fonte de energia para o processo.Assim, o objetivo deste projeto é desenvolver heteroestruturas à base de Nb2O5 e g-C3N4 decoradas com Cu e Zn, uma vez que o acoplamento entre os semicondutores pode melhorar a separação das cargas fotogeradas (par elétron (e-)/buraco (h+)), reduzindo a taxa de recombinação entre elas. Os materiais heteroestruturados apresentam diferentes composições ou estruturas que compartilham a mesma interface (heterojunção) entre quaisquer dois materiais no estado sólido. O desenvolvimento desses sistemas possibilita controlar diversos parâmetros fundamentais envolvidos nos processos fotocatalíticos, tais como a mobilidade dos portadores de cargas, band gap, índice de refração, entre outros.No entanto, para o desenvolvimento de semicondutores heteroestruturados com alta atividade no visível e estáveis por longos períodos de operação, ainda são necessários estudos sistemáticos para propor estratégias de síntese mais eficientes, visando assegurar o controle da proporção desejada, assim como das suas características morfológicas, estruturais e eletrônicas, principalmente em produção em maior escala.Assim, os objetivos específicos desta proposta são a síntese e o estudo de heteroestruturas à base de Nb2O5/g-C3N4 em diferentes proporções de Nb2O5 e g-C3N4. Além disso, a heteroestrutura que apresentar melhor atividade fotocatalítica para a reação de fotoconversão de CO2 será decorada com Cu ou Zn em diferentes teores, por meio dos métodos de impregnação por via úmida e deposição por pulverização catódica (DC-magnetron sputtering), uma vez que a adição de um metal de transição nesses materiais pode contribuir para aumentar o tempo de vida dos portadores de carga, bem como a interação com o CO2.