Overcoming scale-up challenges for nanostructured photoelectrodes via one-step interface engineering

Autor(es)

Rodriguez-Gutierrez, Ingrid ; Peregrino, Lizandra R. P. ; Bedin, Karen C. ; Morishita, Gustavo M. ; Morais, Gabriel H. ; Castro, Ricardo H. R. ; Leite, Edson R. ; Souza, Flavio L.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY; v. 58, p. 11-pg., 2024-01-31.

Resumo

Scaling up photoelectrochemical (PEC) devices for green hydrogen production is a significant challenge that requires robust and cost-effective production methods. In this study, hematite photoelectrodes has been synthesized using a cost-effective polymeric precursor solution, resulting in homogeneous ultra-thin films (similar to 125 nm) with areas up to 200 cm(2). We observed a substantial photocurrent drop as photoelectrode area increases, addressed by modifying the precursor solution with Hf4+. This modification improves the morphology and films adherence, leading to simultaneous grain vertical bar grain interface segregation and a modified FTO vertical bar hematite interface. As a result, film conductivity increases, reducing the photocurrent drop at larger photoelectrode areas. The improved charge separation and surface charge injection efficiencies allows a homogeneous photocurrent of 1.6 mA cm(-2) at 1.45V across a 15.75 m(2) electrode area, using less than 70 mu g of photoactive material. Cost analysis study indicates that this low-energy fabrication method is a significant step forward in green hydrogen production, contributing to sustainable and efficient green hydrogen technologies. (AU)

• Processo FAPESP: 19/06654-9 - Incorporação de nanopartículas metálicas em fotoeletrodos de hematita: efeito da interface sólido-sólido nas propriedades ópticas e elétricas
• Beneficiário: Ingrid Guadalupe Rodriguez Gutierrez
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 21/07459-5 - 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
• Beneficiário: Karen Cristina Bedin
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 17/02317-2 - Interfaces em materiais: propriedades eletrônicas, magnéticas, estruturais e de transporte
• Beneficiário: Adalberto Fazzio
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 17/11986-5 - Geração e Armazenamento de Novas Energias: trazendo desenvolvimento tecnológico para o país
• Beneficiário: Ana Flávia Nogueira
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Centros de Pesquisa em Engenharia