Otimização da separação fotoquímica de cargas em interfaces nanométricas de fotocatalisadores para a melhora da eficiência de conversão de energia solar em combustível por water splitting

Resumo

Este projeto de pesquisa propõe o desenvolvimento de semicondutores porosos obtidos a partir da pilarização dos sólidos lamelares titanato de potássio (K2Ti4O9) e niobato de potássio (K4Nb6O17) e subsequente decoração com nanopartículas de co-catalisadores, para serem aplicados como fotocatalisadores na produção de H2 a partir de water splitting.As características expansíveis das estruturas lamelares de K2Ti4O9 e K4Nb6O17 serão exploradas para a introdução de pilares de dióxido de titânio (TiO2) nos seus espaços interlamelares através do processo de pilarização, criando novos sítios fotoativos, bem como aumentando a área superficial e as estabilidades dos materiais. Esta configuração, entretanto, permite que esses semicondutores pilarizados sejam capazes de absorver apenas a radiação ultravioleta, que corresponde a menos de 6% do espectro solar, devido aos altos valores de band gap dos semicondutores niobato, titanato e TiO2, que são superiores a 3,0 eV. Para superar essa restrição, os sólidos pilarizados serão decorados com nanopartículas dos co-catalisadores Au, Ag e NiO, para promover a absorção de uma faixa mais ampla do espectro solar e/ou evitar a rápida supressão do par elétron-buraco formado pela incidência de radiação nos sólidos.Os materiais sintetizados serão caracterizados por técnicas amplamente utilizadas, como difratometria de raios X, microscopia eletrônica de varredura e transmissão, termogravimetria, espectroscopia de reflectância difusa, análise elementar, espectroscopia no infravermelho e espectroscopia de absorção transiente, por exemplo. Mais especificamente, a separação fotoquímica de cargas em nanoescala, responsável pelo fenômeno de water splitting, será analisada através de espectroscopia de fotovoltagem de superfície (SPS), que é capaz de indicar as variações de diferença de potencial de contato geradas nas superfícies dos materiais após excitação com luz solar. Esta técnica será útil para elucidar o mecanismo da geração da diferença de potencial em cada caso, e os resultados serão correlacionados com as quantidades de hidrogénio geradas pela incidência de energia solar através de water splitting. (AU)