Design morfológico das nanoestruturas de dióxido de titânio para produção fotoeletroquímica de hidrogênio

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: ALMEIDA, Hanna Nóbrega
• Orientador(a): MACHADO, Giovanna
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pernambuco
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pos Graduacao em Quimica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: TiO2 rutilo; Hidrogênio; Fotoeletroquímica
• Link de acesso: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/62245

Na transição energética, o hidrogênio verde é uma solução crucial para lidar com as mudanças climáticas e a escassez de recursos. Nesse contexto, o dióxido de titânio (TiO2) se apresenta como um material fotoeletroativo viável para geração de H2. Tal fotocatalisador possui densidades de corrente por absorção (Jabs) e limite teórico para o fator de conversão solar-para-hidrogênio (%STH) de 1,25 mA cm-2 e 1,3% para fase anatase, e 1,86 mA cm-2 e 2,2%, para fase rutilo, respectivamente. Algumas são as estratégias para beneficiar os processos fotoeletroquímicos, como a seleção de fase cristalina, o controle morfológico e a redução de defeitos cristalinos. A dopagem com elementos de diferentes valências pode melhorar a mobilidade dos portadores de carga fotogerados, aperfeiçoando suas taxas de recombinação. Assim, neste trabalho, foram desenvolvidas estratégias para a produção de estruturas hierárquicas de TiO2 (nanofitas/esferulitas) de fase cristalina rutilo, objetivando o desenvolvimento de fotoânodos dedicados à evolução de oxigênio por meio da fotoeletrocatálise, com alta performance. Aplicando glicerol como um capturador de buracos, promovendo a foto(eletro)reforma, os fotoanodos preparados obtiveram densidades de fotocorrente de 1,54 mA cm-2 (a 1,23 V vs. RHE) com 0,81% de eficiência fotocorrente de polarização aplicada (ABPE) e geração fotoeletroquímica de hidrogênio de 2,2 mL H2 cm-2h -1 , sob 1 Sol (filtro AM 1,5G, 100 mW cm-2 ), apresentando alta estabilidade. Resultados estes próximos ao limite teórico. Junto a isso, a dopagem do material com diferentes íons (K+ , Ni2+ e Co3+) mostrou que não houve alteração da fase cristalina do TiO2 e sugere a tendência da substituição de posições de Ti4+ por esses íons, levando a modificações morfológicas indicando a inserção de estados intragap na estrutura de bandas do TiO2.