Desenvolvimento de fotocatodos à base de óxidos mistos de Bi e Al, Zn ou Sr para produção de hidrogênio a partir da clivagem fotoeletroquímica da água

Abstract

A busca por fontes alternativas de energia, tem sido a força motriz de muitas linhas de pesquisas por todo o mundo. Nesta tese de doutorado é feito um estudo em cima de propriedades fotoeletroquímicas de materiais à base de bismuto, para obtenção de outros com potencial aplicação na produção de H2, que é tido como uma fonte de combustível renovável e limpo. Atualmente os materiais mais utilizados como fotocatodos na produção de H2 são em sua grande maioria constituídos por cobre (Cu), que apresentam pequena energia de bandgap (Valores entre 1,5 - 1,8 eV), banda de condução (BC) com potencial mais negativo que o potencial de redução de H+/ H2 (Valor próximo de -0,41eV), além de ser constituído de materiais de fácil obtenção. Porém ele é instável por sofrer fotocorrosão em solução aquosa, ocasionado pela redução de cobre, limitando sua atividade. Alternativo aos materiais a base de cobre, nessa tese é descrito a obtenção de três materiais à base de óxidos de bismuto, alumínio, zinco ou estrôncio. O material obtido Al2Bi24O35 / Al2Bi48O75 apresentou densidade de corrente de -5,09 mA.cm-2, eficiência de conversão dos fótons incidentes (IPCE) de 3,5% em 360nm e eficiência faradaica de 96% na produção de H2. O material SrBi4O7 apresentou uma densidade de corrente de - 1,92 mA.cm-2 , eficiência de conversão dos fótons incidentes (IPCE) de 4% em 500nm e eficiência faradaica de 91% para produção de H2. O ZnBi38O60 apresentou densidade de corrente de -1,3 mA.cm-2 eficiência de conversão do fóton incidente (IPCE) de 6,4% com pico máximo no comprimento de onda de 400nm e eficiência faradaica de 100% de conversão da corrente em H2. Todos os materiais obtidos nesta tese se mostraram uma alternativa de fotocatodos para substituir os materiais constituídos de Cobre.