Fotoeletrodos de difusão gasosa de tungstatos de cobre para aplicação na reação de redução de CO2 fotoassistida

Resumo

A conversão do CO2 a hidrocarbonetos, álcoois ou outros portadores de alta densidade de energia ("Dense Energy Carriers, DEC") é assunto de grande interesse acadêmico, tecnológico e ambiental. A reação de redução de CO2 ("CO2 Reduction Reaction", CO2RR) para obtenção de produtos com maior valor agregado pode ser obtida através da eletrólise de soluções aquosas contendo CO2 dissolvido. Porém, além do custo da energia necessária para realizar a eletrólise e da baixa solubilidade do CO2 em meio aquoso, os desafios incluem ainda a baixa eficiência faradaica devido à concomitante reação de desprendimento de H2. Os estudos realizados em nosso Grupo de Pesquisa no âmbito da Divisão DEC do CINE, em colaboração com pesquisadores dos EUA e Reino Unido, revelaram que tungstatos de cobre com valência mista, Cu(I) e Cu(II), se comportam como semicondutores tipo-p e são fotoativos para a CO2RR; no entanto, ainda não apresentam a estabilidade necessária para esta aplicação. Este projeto para doutorado direto (iniciado como mestrado em março/2020) visa desenvolver eletrodos de difusão gasosa ("Gas Diffusion Electrodes", GDE) de tungstatos de cobre para aplicação como fotocatodos para a CO2RR fotoassistida. O plano de trabalho inclui (I) a preparação e caracterização de eletrodos de tungstatos de cobre; (II) a investigação dos processos envolvidos na transição Cu(I) para Cu(II); (III) a deposição do fotocatalisador em GDE; (IV) a identificação e quantificação dos produtos gerados nas eletrólises para CO2RR fotoassistida; (V) a avaliação do efeitos da deposição de co-catalisadores para CO2RR, e protetores contra fotocorrosão (p.ex. TiO2 e aminosilanos), na estabilidade dos eletrodos e na eficiência e seletividade para obtenção dos produtos DEC. Como este projeto concilia estratégias para aproveitar e converter a energia solar (o que pode diminuir o custo das eletrólises) e para minimizar os problemas decorrentes da baixa solubilidade do CO2 em água, seu desenvolvimento poderá contribuir para um maior entendimento das propriedades fotoeletroquímicas dos tungstatos de cobre e da CO2RR, bem como, contribuir para o desenvolvimento de eletrolisadores para a CO2RR mais eficientes e sustentáveis. (AU)