Desenvolvimento de um dispositivo fotoeletroquímico a base de g-C3N4, Cu2O e CuO para clivagem da água em H2 e O2
dc.contributor.advisor | Pereira, Márcio César | |
dc.contributor.advisorco | Coelho, Jakelyne Viana | |
dc.contributor.author | Almeida, Monique Rocha | |
dc.contributor.institution | Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM) | pt_BR |
dc.contributor.referee | Pereira, Márcio César | |
dc.contributor.referee | Coelho, Jakelyne Viana | |
dc.contributor.referee | Silva, Adilson Candido da | |
dc.contributor.referee | Monteiro, Douglas Santos | |
dc.date.accessioned | 2017-04-20T19:40:16Z | |
dc.date.available | 2017-04-20T19:40:16Z | |
dc.date.issued | 2016 | |
dc.date.submitted | 2016-08-22 | |
dc.description.abstract | A conversão de energia solar em energia química usando células fotoeletroquímicas é uma estratégia interessante para armazenar energia. Células fotoeletroquímicas são dispositivos constituídos de fotoeletrodos semicondutores que absorvem luz com energia maior ou igual a energia de bandgap do semicondutor e geram cargas reativas (elétrons e buracos) na superfície dos fotoeletrodos capazes de promover a redução e oxidação da água em H2 e O2, respectivamente. Nesta dissertação, quatro fotoeletrodos de g-C3N4, g-C3N4/Cu1%, g- C3N4/Cu5% e Cu2O/CuO foram preparados com o objetivo de desenvolver uma célula fotoeletroquímica para clivagem da água em H2 e O2 de forma espontânea. As medidas de difratometria de raios X confirmaram a presença das fases g-C3N4 e Cu2O/CuO nos fotoeletrodos. As imagens de MEV mostraram que os materiais à base de g-C3N4 possuem morfologia do tipo esponja, enquanto a heterojunção Cu2O/CuO é formada por nanopartículas de forma indefinida. Medidas de reflectância difusa mostraram que o acoplamento do g-C3N4 e Cu2O/CuO resulta em uma melhora significativa na absorção óptica dos fotoeletrodos. Medidas de área específica indicaram que os nanomateriais à base de g-C3N4 tem alta área superficial (100 m2 g1), enquanto a área específica da heterojunção Cu2O/CuO foi de 17 m2 g1. Os resultados de redução à temperatura programada evidenciaram a formação das heterojunções. Os testes fotoeletroquímicos de produção de O2 a partir da água usando luz visível indicaram que em potenciais anódicos, apenas o fotoanodo de g-C3N4 foi estável apresentando uma densidade de fotocorrente de 16 A cm2 que corresponde a uma eficiência de conversão de luz de 0,014%. Em potenciais catódicos, a maior densidade de fotocorrente (60 A cm2) foi obtida para o fotoeletrodo Cu2O/CuO. A eficiência de conversão de luz do fotocatodo de Cu2O/CuO foi de 0,029%. Com base nos dados obtidos, uma célula fotoeletroquímica p-n foi construída usando a heterojunção Cu2O/CuO como fotocatodo e g- C3N4 como fotoanodo. Esta célula gerou uma densidade de fotocorrente in operando de 0,62 A cm2 e uma fotovoltagem de 0,62 V. A eficiência de conversão solar da fotocélula foi de 0,004% sob irradiação de luz visível. Apesar da baixa eficiência obtida, espera-se que esta dissertação possa servir de inspiração para o desenvolvimento de novos dispositivos fotoeletroquímicos para clivagem da água em H2 e O2, usando luz visível. | pt_BR |
dc.description.abstracts | The conversion of solar energy into chemical energy using photoelectrochemical cells is an interesting strategy to store energy. Photoelectrochemical cells are made up of semiconductor photoelectrodes that absorb light with energy equal or higher than the bandgap energy of the semiconductor to generate reactive charges (electrons and holes) on the surface of the photoelectrodes, which can promote the oxidation and reduction reactions of water to form H2 and O2, respectively. In this dissertation, four photoelectrodes of g-C3N4, g-C3N4/Cu1%, g- C3N4/Cu5%, and Cu2O/CuO were prepared in order to develop a photoelectrochemical cell for spontaneous water splitting into H2 and O2. The X-ray diffraction patterns confirmed the presence of g-C3N4 and Cu2O/CuO phases in the photoelectrodes. The SEM images showed that the materials based on g-C3N4 have sponge-like morphology, whereas the Cu2O/CuO heterojunction is formed by nanoparticles with undefined shapes. Diffuse reflectance measurements showed that coupling g-C3N4 and Cu2O/CuO results in a significant improvement in optical absorption of the photoelectrodes. Surface area measurements indicated that the nanomaterials based on g-C3N4 have high surface areas (100 m2 g1), while the specific area for the Cu2O/CuO heterojunction was 17 m2 g1. The temperature programmed reduction results evidenced the formation of the heterojunctions. The photoelectrochemical assays of O2 production from water using visible light indicated that at anodic potentials, only the photoanode g-C3N4 was stable showing a photocurrent density of 16 A cm2, which corresponds to a light conversion efficiency of 0.014%. At cathodic potentials, the higher photocurrent density (60 A cm2) was obtained for the Cu2O/CuO photoelectrode. The light conversion efficiency of the Cu2O/CuO photocathode was 0.029%. Based on the obtained data, a p-n photoelectrochemical cell was constructed using the Cu2O/CuO heterojunction as the photocathode and g-C3N4 as the photoanode. This photocell generated a photocurrent density in operando of 0.62 A cm2 and photovoltage of 0.62 V. The light conversion efficiency of the photocell was 0.004% under visible light irradiation. Despite the low efficiency obtained for the p-n photocell, it is expected that this dissertation may serve of inspiration for the development of new photoelectrochemical devices for water splitting into H2 and O2 using visible light. | en |
dc.description.sponsorship | Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM) | pt_BR |
dc.description.thesis | Dissertação (Mestrado) – Programa de Pós-Graduação em Química, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, 2016. | pt_BR |
dc.identifier.citation | ALMEIDA, Monique Rocha. Desenvolvimento de um dispositivo fotoeletroquímico a base de g- C3N4, CuO e Cu2O para clivagem da água em H2 e O2. 2016. 72 p. Dissertação (Mestrado) – Programa de Pós-Graduação em Química, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, Teófilo Otoni, 2016. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://acervo.ufvjm.edu.br/items/5fb0df80-4c59-4f5d-8573-3a5d51862e0e | |
dc.language.iso | por | |
dc.publisher | UFVJM | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.rights.license | A concessão da licença deste item refere-se ao à termo de autorização impresso assinado pelo autor, assim como na licença Creative Commons, com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri e o IBICT a disponibilizar por meio de seus repositórios, sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, e preservação, a partir desta data. | pt_BR |
dc.subject.keyword | Células fotoeletroquímicas | pt_BR |
dc.subject.keyword | Clivagem da água | pt_BR |
dc.subject.keyword | Hidrogênio | pt_BR |
dc.subject.keyword | Fotoanodo | pt_BR |
dc.subject.keyword | Fotocatodo | pt_BR |
dc.subject.keyword | Photoelectrochemical cells | en |
dc.subject.keyword | Water splitting | en |
dc.subject.keyword | Hydrogen | en |
dc.subject.keyword | Photoanode | en |
dc.subject.keyword | Photocathode | en |
dc.title | Desenvolvimento de um dispositivo fotoeletroquímico a base de g-C3N4, Cu2O e CuO para clivagem da água em H2 e O2 | pt_BR |
dc.type | Dissertação | pt_BR |
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