Modificações de composição e superfície de fotoeletrodos de CuWO4 para o aumento da eficiência das reações de evolução de oxigênio

• Processo: 23/04793-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2023
• Data de Término da vigência: 01 de agosto de 2024
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Jose Humberto Dias da Silva
• Beneficiário: Lucas Caniati Escaliante
• Supervisor: Frank Erich Osterloh
• Instituição Sede: Faculdade de Ciências (FC). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Bauru. Bauru , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: University of California, Davis (UC Davis), Estados Unidos
• Vinculado à bolsa: 22/06542-9 - Desenvolvimento de homojunções de CuWO4/CuWO4-x e otimização de filmes de CuWO4 para fotogeração de H2 e fotodegradação de poluentes, BP.DR
• Assunto(s): Deposição de filmes finos Separação da água Fotoeletroquímica Tungstato Cobre
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Copper tungstate | Interface states | Photoelectrochemistry | Reactive sputtering | Thin Film Deposition | Water splitting | Fotoeletroquímica

Resumo

O tungstato de cobre (CuWO4) é um semicondutor com um bandgap de 2,3 eV usado em baterias de lítio, sensores, aplicações fotoeletroquímicas (PEC) e fotocatalíticas (PC). Para usar com sucesso filmes finos desses materiais como fotoeletrodos PEC, sua fotocorrente e fotovoltagem precisam ser otimizadas. Essa otimização envolve o conhecimento de suas superfícies e interfaces com os eletrólitos. Este problema altamente complexo é ainda mais complicado pelo fato de que os processos de transferência de carga nas interfaces sólido-líquido ocorrem na presença de luz. Para resolver este problema, a deposição e otimização de filmes de CuWO4 e os testes correspondentes para aplicações de PEC são propostos aqui. O objetivo é entender melhor as interfaces dos filmes com o eletrólito na presença de luz, otimizar a composição dos materiais e avaliar sua eficiência em processos fotoeletroquímicos. A técnica de co-sputtering reativo, utilizando alvos metálicos independentes de Cu e W, operando simultaneamente, foi escolhida para depositar os filmes por proporcionar um bom controle da estequiometria, e por permitir o crescimento em grandes áreas. O oxigênio será introduzido usando diferentes proporções de O2 na mistura Ar mais O2 do gás de trabalho. Deposições sob modulação de fluxo de O2 também serão feitas com o objetivo de criar homojunções CuWO4/CuWO4-x. Espera-se que essas camadas desprovidas de oxigênio (CuWO4-x) tenham estados doadores e produzam mudanças no potencial elétrico embutido do material nas regiões de superfície e interface, o que pode favorecer a separação entre os portadores fotogerados, aumentando a eficiência do dispositivos. Testes fotoeletroquímicos serão usados para caracterizar a atividade dos filmes de CuWO4 para oxidação de água. A espectroscopia de fotovoltagem de superfície com uma ferramenta disponível apenas no laboratório Osterloh na UC Davis será usada para observar a fotovoltagem dos filmes sob vácuo ou em eletrólitos líquidos em função do comprimento de onda da iluminação. Isso fornecerá informações sobre os portadores de carga, defeitos e a fotovoltagem interna. (AU)