Structural and optical investigation of Nb⁵⁺-doped Sn₃O₄ for photoelectrochemical hydrogen production

Autor(es)

Romeiro, Fernanda da Costa ; Perini, Joao Angelo Lima ; Zanoni, Maria Valnice Boldrin ; Orlandi, Marcelo Ornaghi

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: JOURNAL OF PHYSICS AND CHEMISTRY OF SOLIDS; v. 196, p. 9-pg., 2024-09-26.

Resumo

We report herein, the microwave-assisted hydrothermal (MAH) synthesis of Nb5+-doped Sn3O4 nanoparticles for the photoelectrochemical production of hydrogen (H-2). Nb5+ ions inside the Sn3O4 created structural defects, contributing to a local structural disorder, as confirmed by micro-Raman spectra. Photoluminescence spectroscopy indicated the decrease of the violet-blue-green visible emission after adding Nb5+, revealing the formation of alternative energy pathways for the electron/hole recombination. Through the morphological analysis, it was observed that the Nb5+ dopant slightly changed the morphology of nano-petals in Sn3O4. We demonstrate that the 3 % Nb5+ doped-Sn3O4 photoanode presented higher charge carrier mobility, higher photocurrent density, and an impressive H-2 production of 1.50 mmol L-1 in a 3 h experiment, compared to the pure Sn3O4 material. The best performance of the Nb5+ doped Sn3O4 nanomaterial could be ascribed to the formation of new energy levels in the Sn3O4 band gap, thereby inhibiting the electron-hole pair recombination and positively affecting the photoelectrochemical response of the doped material. (AU)

• Processo FAPESP: 17/24839-0 - Eletrônica e eletroquímica em escala nanométrica: fundamentos e aplicações
• Beneficiário: Paulo Roberto Bueno
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 19/18856-5 - Aplicações foto(eletro)químicas visando a produção de combustíveis renováveis utilizando nanocompósitos baseados em óxidos de estanho (SnO e Sn3O4) e compostos de carbono (óxido de grafeno reduzido e nitreto de carbono grafítico)
• Beneficiário: Fernanda da Costa Romeiro
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 14/50945-4 - INCT 2014: Instituto Nacional de Tecnologias Alternativas para Detecção, Avaliação Toxicológica e Remoção de Micropoluentes e Radioativos
• Beneficiário: Maria Valnice Boldrin
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 13/07296-2 - CDMF - Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais
• Beneficiário: Elson Longo da Silva
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
• Processo FAPESP: 16/18057-7 - Redução de CO2 visando à geração de compostos de valor agregado por fotocatálise/fotoeletrocatálise utilizando líquido iônico em reator pressurizado
• Beneficiário: João Angelo de Lima Perini
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado