Estudo de Fotoeletrodos de g-C3N4/WO3-x/FTO Aplicados na Geração de Hidrogênio Solar

• Processo: 23/10449-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2025
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: André Luis de Jesus Pereira
• Beneficiário: Helen Caroline de Souza Barros
• Instituição Sede: Divisão de Ciências Fundamentais (IEF). Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA). Ministério da Defesa (Brasil). São José dos Campos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 22/02994-2 - Projeto Hidrogênio Verde (ProHVer): centro de estudos de fotoeletrodos visando a geração sustentável de H2 combustível, AP.PNGP.PI
• Bolsa(s) vinculada(s): 24/05173-5 - Avanços em Fotoeletroquímica: Investigando o Uso da Técnica GLAD para Otimização de Fotoeletrodos de WOx na Geração Sustentável de Hidrogênio, BE.EP.MS
• Assunto(s): Energia solar Fotoeletroquímica Heterojunção Pulverização catódica Semicondutores
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Energia Solar | fotoeletrodos | fotoeletroquímica | heterojunção | Hidrogênio Combustível | magnetron sputtering | Materiais Semicondutores

Resumo

Um dos principais desafios atualmente enfrentados pela humanidade é a busca de fontes de energia livres de carbono, ou seja, limpas e renováveis. Dentre as possíveis alternativas, a utilização de H2 molecular como combustível se destaca pela sua maior eficiência em relação aos derivados de petróleo e, principalmente, por ser ecologicamente sustentável. Entretanto, uma vez que o processo de geração do H2 também precisa ser limpo, eficiente e economicamente viável, atualmente muitos grupos de pesquisa ao redor do mundo buscam estudar e aperfeiçoar técnicas que satisfaçam esses requisitos. A produção fotoeletroquímica (PEC) de H2 combustível por meio do processo de reação de oxidação da água (ROA) utilizando a luz solar é um dos métodos com maior potencial de aplicações práticas. No entanto, alguns desafios ainda necessitam ser superados a fim de que esta tecnologia seja aplicada em larga escala. Um dos principais desafios é estender a faixa espectral de absorção dos semicondutores para o visível e infra-vermelho próximo (NIR), uma vez que esta região compõe mais de 90% da luz solar. Neste contexto, o presente projeto se dedicará a estudar heteroestruturas de g- C3N4/WO3-x/FTO visando sua aplicação como fotoeletrodo na geração de H2 molecular via processos PEC. Esta heteroestrutura possui grande potencial em atuar em faixas espectrais abaixo do UV e recentemente tem recebido atenção da comunidade científica [1]. Os filmes de WO3-x/FTO serão crescidos pela técnica de magnetron sputtering utilizando fluxos variáveis de O2 durante a deposição. Já as nanoestruturas de g- C3N4 serão sintetizadas via termopolimerização e, posteriormente depositadas sobre os filmes. Serão realizados diversos tipos de caracterização dos materiais separados e da heteroestrutura a fim de obtermos um panorama geral das propriedades das amostras e entender como estas afetam a produção de H2 via processos PEC. Por fim, a ideia desta pesquisa é contribuir e impulsionar o desenvolvimento de sistemas PEC para a geração de H2 que operem em todo o espectro solar.