Controle das propriedades eletrônicas de nanoestruturas colunares de hematita por dupla inserção de elementos de transição para aplicação na quebra fotoeletrocatalítica da molécula de água

Resumo

A presente proposta de pesquisa tem como foco a preparação de novos eletrodos a base de nanoestruturas de hematita orientadas verticalmente, combinando dois elementos (titânio e zircônio ou titânio e nióbio), para aplicação na geração de energia alternativa livre de carbono a partir da fotoeletrólise da molécula de água induzida por luz solar. Os elementos foram selecionados com base nas suas características físico-químicas, discutidas nesta proposta, que podem proporcionar melhoras nas propriedades eletrônicas e estruturais da hematita. Busca-se desenvolver um método direcionado à redução dos problemas eletrônicos da hematita, decorrentes de processos ineficientes de separação de cargas fotogeradas, sem interferir negativamente nas propriedades de absorção de luz e na eficiência em promover as reações químicas superficiais envolvidas na fotoeletrólise da molécula de água. O estudo voltado à engenharia das interfaces dos eletrodos a base de hematita será primordial e cuidadosamente executado, a partir de passos experimentais pré-definidos, baseados na síntese hidrotermal assistida por micro-ondas e técnicas de caracterização morfológica, ótica, estrutural e eletroquímica. Após o delineamento metodológico do melhor trajeto experimental a ser seguido para obtenção de um eletrodo eficiente, o desempenho como fotoânodo na reação de quebra da molécula de água será avaliado em meio alcalino, utilizando um simulador de luz solar (filtro AM 1,5 global, 100 mW cm2) em conjunto com um potenciostato. Em face do proposto, o projeto de pesquisa apresentado será vinculado à Divisão 1 - Portadores Densos de Energia (DEC), pertencente ao processo Shell-FAPESP 17/11986-5, na área que se compromete com o desenvolvimento de materiais nanoestruturados, fundamentando-se na investigação das características inerentes aos mesmos, com o intuito de modificá-las para alavancar a separação e transporte de cargas fotogeradas nas interfaces. Ademais, a quantificação do hidrogênio gerado com a fotoeletrólise poderá ser realizada com o auxílio de um cromatógrafo gasoso recentemente adquirido para compor a infraestrutura do laboratório. (AU)