DESENVOLVIMENTO DE ELETRODOS À BASE DE NANOTUBOS DE Ti/TiO2 MODIFICADOS COM Pt, Pd E BiVO4 PARA APLICAÇÃO NA CONVERSÃO FOTOELETROCATALÍTICA DE BIOMETANO E BIOGÁS EM HIDROGÊNIO - Bresciani, Laís (2024)
A conversão fotoeletrocatalítica de biometano/biogás empregando materiais semicondutores surge como uma alternativa promissora para a produção de H2 verde, combustível renovável alternativo aos combustíveis fósseis. Neste trabalho, nanotubos de TiO2 (Nts-TiO2) foram preparados por anodização eletroquímica e posteriormente modificados com nanopartículas de Pt e Pd através de deposição eletroquímica usando a técnica de voltametria cíclica, e com BiVO4 através de deposição térmica. Suas características morfológicas, de composição e cristalinidade foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e difração de raios X (DRX). Métodos de voltametria de varredura linear, cronoamperometria e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) foram utilizados para avaliar a atividade fotoeletrocatalítica dos eletrodos. Verificou-se que a introdução de Pt e Pd sobre os Nts-TiO2 levou à formação de eletrodos que apresentam excelentes propriedades de separação e transferência das cargas fotogeradas. Na presença de metano, as densidades de corrente obtidas são ainda maiores, cerca de 2,23 e 2,95 vezes maior para os eletrodos de NtsTiO2/Pt e Nts-TiO2/Pd, respectivamente, em relação aos Nts-TiO2 puro, confirmando a capacidade do CH4 servir como um eliminador de lacunas, sendo que os processos de recombinação dos pares de e- /h+ são provavelmente inibidos por sua presença, levando a uma fotocorrente mais elevada. A quantidade máxima de H2 obtido a partir da conversão fotoeletrocatalítica do metano seguiu a ordem: 120,7, 304,7 e 393 mmol cm-2 de H2 para os eletrodos de Nts-TiO2, Nts-TiO2/Pt-4 e Nts-TiO2/Pd-20, respectivamente, mostrando claramente a contribuição positiva das nanopartículas metálicas eletrodepositadas na superfície dos Nts-TiO2. Em relação à conversão fotoeletrocatalítica do biogás, uma redução na quantidade de H2 foi observada devido à menor quantidade de CH4 presente na mistura do biogás e às reações adicionais de redução do CO2 presente na mistura. Diferentemente do que foi observado para os eletrodos modificados com Pt e Pd, a deposição térmica de BiVO4 resultou em uma diminuição da atividade fotoeletrocatalítica deste material em relação ao NtsTiO2 puro devido à formação de uma barreira de BiVO4 sobre os nanotubos de TiO2 e pela ausência de uma nanoestrutura cristalina adequada na heterojunção n-n do TiO2 nanoestruturado com BiVO4. Com isso, observou-se uma redução de 18,5 vezes na quantidade de H2 produzido, sendo este material considerado inviável para as reações fotoeletrocatalíticas. Esses resultados são extremamente relevantes na busca por materiais semicondutores eficientes para aplicações fotoeletrocatalíticas, especialmente na conversão de biometano e biogás em hidrogênio verde.