Desenvolvimento de semicondutores baseados em BiVO4 para redução fotocatalítica de CO2 utilizando energia solar: Uma abordagem direta do esquema-S aplicado na fotossíntese artificial

• Processo: 22/13455-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2025
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Renato Vitalino Gonçalves
• Beneficiário: Mohammed Abdullah Mohammed Bajiri
• Instituição Sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Empresa: Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica (EP)
• Vinculado ao auxílio: 20/15230-5 - Centro de Pesquisa e Inovação de Gases de Efeito Estufa - RCG2I, AP.PCPE
• Assunto(s): Energia solar Energia renovável Fotossíntese artificial Semicondutores
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: conversão de Co2 | Energia Solar | Energias Renováveis | fotossíntese artificial | semicondutores | Vanadato de Bismuto | Semicondutores, estado sólido, teroria de bandas

Resumo

Um dos processos mais promissores para a produção de energia limpa e sustentável é a fotossíntese artificial. Apesar dos esforços científicos significativos na redução fotocatalítica de CO2, o processo ainda só é viável ao nível de laboratório devido ao fato de que os materiais fotocatalisadores atuais sofrem de vários problemas, como (1) baixa absorção de luz visível, (2) baixa separação de carga, (3) alta taxa de recombinação de carga, (4) transporte de carga lento, (5) baixa seletividade do produto, (6) capacidade redox insuficiente e (7) baixa atividade catalítica. Este trabalho visa investigar e construir um esquema-S baseado em heteroestruturas de BiVO4 decoradas com materiais com propriedades magnéticas. BiVO4 é um semicondutor com energias de bandas adequadas para reduzir a molécula de CO2, sendo um importante candidato para formar heteroestrutuas (esquema - S) com materiais semicondutores, com estruturas de banda apropriadas para separação de portadores de cargas (por exemplo, NiFe2O4). A capacidade de potencial redox e separação espacial de cargas serão alcançadas pela configuração do esquema - S. O transporte e a separação de cargas serão potencializados através da aplicação de um campo magnético externo. Os cocatalisadores operam como extratores de elétrons, atuando como sítios ativos na adsorção e ativação de CO2, capazes de facilitar a seletividade do produto gerado. Uma variedade de novos fotocatalisadores magnéticos para formar esquema-S com BiVO4 serão construídos. Prevê-se que os efeitos sinérgicos da configuração do esquema-S, potencializados pela presença de um campo magnético externo, resultem em excelente desempenho fotocatalítico na conversão de CO2 e seletividade completa do produto. Os principais objetivos desta proposta estão alinhados com a Contribuição Nacionalmente Determinada (NDC) do Brasil para reduzir as emissões de gases de efeito estufa sob o Acordo de Mudança Climática de Paris (AMC). A experiência do candidato e do supervisor na redução fotocatalítica de CO2, fotossíntese artificial e estudo de formação de heteroestruturas de semicondutores, bem como o acesso às infraestruturas adequadas para desenvolver o projeto, garantem que os objetivos propostos sejam alcançados com sucesso.