Eletrodos de TiO2 e Fe:TiO2 modificados com nanopartículas metálicas para descontaminação de água e obtenção fotoeletroquímica de hidrogênio

• Processo: 09/15274-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa
• Data de Início da vigência: 18 de janeiro de 2010
• Data de Término da vigência: 01 de março de 2010
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Claudia Longo
• Beneficiário: Claudia Longo
• Pesquisador Anfitrião: Jin Zhong Zhang
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: University of California, Santa Cruz (UC Santa Cruz), Estados Unidos
• Assunto(s): Hidrogênio
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: conversão de energia solar | eletrodos semicondutores | fotoeletroquímica | Hidrogênio | Eletroquímica

Resumo

A busca por um maior aproveitamento da energia solar tem motivado a investigação de novos materiais e dos processos envolvidos na sua conversão em eletricidade e em outras aplicações de interesse tecnológico e ambiental. A conversão da energia solar é obtida graças a um processo de separação de cargas que ocorre em semicondutores sob irradiação: um elétron é promovido para a banda de condução deixando uma lacuna com carga positiva na banda de valência (par e-/h+). Este processo pode ser aproveitado para obter energia elétrica (em células solares), para obter hidrogênio (hidrólise fotoeletroquímica da água), e ainda, para a purificação de água pela remoção de poluentes orgânicos por fotocatálise heterogênea (oxidação pela lacuna fotogerada ou por radicais hidroxila formados na superfície do semicondutor). Em nosso grupo de pesquisa investigamos eletrodos de filmes finos de óxidos semicondutores, entre os quais TiO2, TiO2 dopado com ferro, ZnO, WO3 e titanatos, para aplicação em células solares e em fotocatálise heterogênea para degradação de compostos fenólicos, corantes e fármacos. Recentemente, relatamos os excelentes resultados obtidos com um eletrodo de TiO2 nanocristalino conectado a uma célula solar para a degradação de fenol por fotocatálise heterogênea eletroquimicamente assistida. Nesta bem-sucedida configuração, o potencial aplicado pela célula solar minimiza a recombinação das cargas fotogeradas, um dos principais fatores limitantes para a eficiência de conversão de energia. A separação das cargas também pode ser aumentada em semicondutores modificados com quantum dots ou nanopartículas metálicas; os elétrons fotogerados tendem a acumular na partícula metálica, o que minimiza a recombinação do par e-/h+ e aumenta a eficiência de conversão. Considerando as propriedades antimicrobianas da prata, a modificação do TiO2 com nanopartículas deste metal poderia aumentar ainda mais sua atividade fotocatalítica para descontaminação da água.A proposta deste projeto de pesquisa de curta duração (6 semanas) nos laboratórios do Prof. Jin Z. Zhang, na Universidade da Califórnia em Santa Cruz-UCSC, consistem em modificar os eletrodos de filmes finos de TiO2 e de TiO2 dopado com ferro com nanoparticulas de metálicas, caracterizá-los, investigar sua atividade para a obtenção de hidrogênio e a dinâmica dos processos de transferência de carga na interface semicondutor|eletrólito através de medidas de espectroscopia de absorção transiente. O grupo de pesquisa do Prof. Zhang apresenta grande experiência nestes temas e disponibilizará toda a infra-estrutura de seus laboratórios para desenvolver os estudos propostos. Como a eficiência de conversão de energia depende da dinâmica da transferência de elétrons, tais estudos fornecerão informações importantes que poderão ser correlacionadas com a atividade fotocatalítica para degradação de poluentes e geração de hidrogênio. (AU)