Preparação e caracterização de filmes compósitos contendo nanopartículas de TiO2 e óxido de grafeno reduzido para estudos da foto-oxidação da água e aplicação em células solares

Autor(es)

Andreia de Morais

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Química
• Data de defesa: 2015-11-12

Membros da banca

Ana Flávia Nogueira; Edson Roberto Leite; Roberto Mendonça Faria; René Alfonso Nome Silva; Italo Odone Mazali

• Orientador: Ana Flávia Nogueira

Resumo

A Tese de Doutorado visa a desenvolver filmes compósitos baseados em nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) e óxido de grafeno reduzido (RGO) para dois tipos de aplicações: 1) como fotoânodos para estudos da foto-oxidação da água; 2) como camada transportadora de elétrons (ETL) em células solares orgânicas com configuração invertida. Na primeira parte do trabalho, os filmes de nc-TiO2/RGO foram preparados pelo método sol-gel com tratamento hidrotérmico e caracterizados por difração de Raios X, espectroscopia Raman, espectroscopia de absorção no transiente (TAS), técnicas de microscopia e eletroquímica. Em geral, as nanopartículas de nc-TiO2 são predominantemente da forma cristalina anatásio e estão densamente ancoradas sobre as folhas de RGO. Em estudos fotoeletroquímicos, o eletrodo nc-TiO2/RGO (0,1 %) apresentou maior valor médio de densidade de fotocorrente (0,20 mA cm-2 em 1,23 VRHE) em relação aos outros eletrodos, com o aumento de 78 % se comparado ao filme padrão (0,11 mA cm-2 em 1,23 VRHE). Nenhuma evidência sobre sensibilização de TiO2 pelas folhas de RGO foi observada. Os resultados de TAS mostraram um aumento no tempo de vida e rendimento dos elétrons e buracos fotogerados. Em filmes com concentração menor que 0,1 %, o RGO pode atuar como um receptor e transportador de elétrons, diminuindo os processos de recombinação de cargas e contribuindo para uma melhora significativa do valor da densidade de fotocorrente. Na segunda parte do trabalho, os filmes finos e transparentes de TiO2/RGO foram preparados a partir do método sol-gel. Os resultados de caracterização mostraram que as nanopartículas de TiO2 são predominantemente da forma cristalina anatásio. O tamanho e formato das folhas de RGO variam muito e estas estão heterogeneamente distribuídas sobre os filmes compósitos, independente da concentração de RGO. As melhores células solares foram obtidas com filmes de TiO2/RGO (2,0 %), e esse comportamento foi independente do uso de V2O5 ou PEDOT:PSS como camada transportadora de buracos (HTL). As imagens de microscopia de força por sonda Kelvin (KPFM) evidenciaram que a presença de RGO no filme de TiO2 pode promover um deslocamento positivo nos valores de potencial de superfície (SP). Isso sugere que os elétrons são transportados para o substrato condutor, enquanto que os buracos permanecem na superfície dos filmes compósitos. A capacidade de coletar os elétrons pode ser aumentada com a incorporação de RGO na matriz de TiO2, resultando em um aumento da densidade de fotocorrente e da eficiência de conversão de energia dessas células solares (AU)

• Processo FAPESP: 10/18656-1 - Preparação e caracterização de compósitos de nanopartículas de TiO2 e ZnO contendo materiais carbonáceos e sua aplicação em células solares
• Beneficiário: Andreia de Morais
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado