Estudo da formação de filmes de CuO por pulverização catódica para aplicação na fotoeletrólise da água

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Aizoun, Fiacre Mahugnon
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: fotoeletrólise da água; pulverização catódica; sputtering deposition; water splitting
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-28042025-102416/

A redução do uso de combustíveis fósseis é essencial para mitigar os impactos ambientais causados pela emissão de gases de efeito estufa, que estão diretamente associados ao aquecimento global e às mudanças climáticas. Os efeitos dessas mudanças já são evidentes em eventos climáticos extremos, resultando em tragédias humanas e econômicas. Esses eventos, muitas vezes associados ao aquecimento global, destacam a urgência de limitar a dependência de fontes fósseis, como petróleo, carvão e gás natural, que não apenas agravam o efeito estufa, mas também comprometem a sustentabilidade energética devido à sua natureza finita. Em contrapartida, o aumento da produção de combustíveis renováveis, como hidrogênio verde, oferece uma alternativa viável e sustentável, uma vez que contribuem para a redução da pegada de carbono, promovendo o desenvolvimento de tecnologias limpas e ajudam a diversificar a matriz energética. Atualmente, o principal método para a produção de hidrogênio verde é a eletrólise da água, que utiliza eletricidade proveniente de fontes renováveis para dividir a água em hidrogênio e oxigênio de forma limpa e sustentável. A produção de hidrogênio verde via fotoeletrólise da água é uma tecnologia promissora que utiliza energia solar para dividir a água em hidrogênio e oxigênio, empregando semicondutores fotoativos. Neste trabalho estudamos filmes finos de CuO produzidos por pulverização catódica. Utilizando várias técnicas de caracterização como XRD, Raman e XPS; revelou-se que o CuO depositado durante 15 minutos por pulverização catódica cristaliza numa estrutura monoclínica quando tratado termicamente a 550°C por 2h. Essa reação resulta na formação de uma camada fina de óxido de cobre (CuO) sobre o substrato. A perfilometria do filme depositado a partir de um alvo de Cu metálico (99,9% de pureza), usando uma atmosfera de argônio puro a uma pressão de trabalho de 3,2 × 102 Torr, potência de DC ajustada em 50 W e tratado termicamente a 550 °C por 2h tem espessura de aproximadamente 200 nanómetros. Os espectros UV/Vis combinados com Tauc Plot indicam o valor de bandgap correspondente à 1,55 eV. As medidas PEC demonstram uma densidade anódica de fotocorrente de 0,5 mA/cm2 para o filme de CuO puro. Porém, devido à sua baixa estabilidade, empregamos uma estratégia que envolve a deposição de uma camada ultrafina de óxido de titânio na superfície do filme. Isto foi feito para minimizar os locais de redução de CuO e aumentar a estabilidade do filme. Afinal, a transição para fontes de energia renováveis, como o hidrogênio verde, é uma necessidade premente para enfrentar os desafios impostos pelas mudanças climáticas e pela degradação ambiental. A pesquisa sobre filmes finos de CuO, especialmente no contexto da fotoeletrólise da água, destaca o potencial dessa tecnologia na produção sustentável de hidrogênio. A caracterização detalhada dos filmes, incluindo a cristalização e as propriedades ópticas, fornece insights valiosos para otimizar seu desempenho. A introdução de uma camada ultrafina de óxido de titânio não apenas melhora a estabilidade do filme, mas também representa um passo importante na busca por materiais mais eficientes e duráveis para aplicações em energia renovável. Assim, este trabalho não apenas contribui para o avanço do conhecimento científico, mas também reforça a importância de inovações tecnológicas na luta contra a dependência de combustíveis fósseis e na promoção de um futuro energético mais sustentável.