Unveiling BiVO₄ photoelectrocatalytic potential for CO₂ reduction at ambient temperature

Autor(es)

Silva, Ricardo Marques e ; Dias, Eduardo Henrique ; Escalona-Duran, Florymar ; da Silva, Gelson Tiago dos Santos Tavares ; Alnoush, Wajdi ; de Oliveira, Jessica Ariane ; Higgins, Drew ; Ribeiro, Caue

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: MATERIALS ADVANCES; v. 5, n. 11, p. 8-pg., 2024-04-16.

Resumo

Here, we explore monoclinic BiVO4 as a cathode in a photoelectrochemical (PEC) system for CO2 reduction (CO2R). The catalyst was prepared using a simple oxidant peroxide method with crystallization under hydrothermal conditions, and subsequently sprayed on the FTO substrate. CO2R was carried out in an inflow and sealed electrochemical system for 6 h. The best performance was found to be under photoelectrocatalysis powered by a light-emitting diode (LED) as an illumination source when compared to photocatalysis (using different halogen UV and LED illumination), electrocatalysis, and photoelectrocatalysis powered by a halogen UV illumination source, with total production values of 22 and 5.5 mu mol cm(-2) for methanol and acetic acid, respectively. This achievement occurs because, even though BiVO4 as a photocatalyst does not have sufficient potential to drive CO2R, an external potential can be applied to drive the reaction. Moreover, the photogenerated electron-hole pairs are guided by the external potential, improving the charge separation and promoting the rapid electron transfer to reduce CO2 on the photoelectrocathode at a lower overpotential when compared to electrocatalysis. LED illumination produced higher amounts of products than UV illumination because UV light affects the catalyst surface altering the number of catalytic sites available for the reaction and reducing their performance. (AU)

• Processo FAPESP: 18/01258-5 - Novos processos catalíticos e fotocatalíticos para a conversão direta de metano e CO2 em produtos
• Beneficiário: José Maria Correa Bueno
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 20/09628-6 - Desenvolvimento de nanopartículas semicondutoras heteroestruturadas para conversão de metano por processo fotocatalítico
• Beneficiário: Ricardo Marques e Silva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 19/10689-2 - Preparação de sistemas de reação para a oxidação seletiva fotocatalítica do metano para metanol
• Beneficiário: Eduardo Henrique Dias
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 22/05149-1 - Reforma do metano e produção de hidrogênio a partir de reação fotoeletroquímica ativada por material piezoelétrico
• Beneficiário: Jéssica Ariane de Oliveira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 22/10255-5 - Arquiteturas baseadas em fosfetos e nitretos metálicos para conversão foto(eletro)química de CO2 em compostos C2+
• Beneficiário: Gelson Tiago dos Santos Tavares da Silva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 19/21496-0 - Desenvolvimento de sistema fotoeletrocatalítico para conversão de CO2 e CH4 a produtos com valor agregado
• Beneficiário: Jéssica Ariane de Oliveira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 21/13065-0 - Desenvolvimento de nanopartículas semicondutoras heteroestruturadas para conversão de metano por processo fotoeletrocatalítico
• Beneficiário: Ricardo Marques e Silva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado