A crescente demanda energética mundial e os problemas ambientais resultantes da intensa utilização dos combustíveis fósseis, reiteram a necessidade do desenvolvimento de uma alternativa energética limpa, renovável e economicamente viável. Uma das vantagens da utilização do hidrogênio como combustível é que em seu processo de combustão não há emissão de gases poluentes para a atmosfera. O processo fotoeletroquímico de redução da água é visto como um processo interessante porque utiliza a energia do fóton para decompor a água do eletrólito e produzir H2. Um bom material fotocatalisador para este sistema tem que apresentar alta estabilidade física e química, baixo custo de produção, baixa taxa de recombinação elétron/buraco e ser abundante na crosta terrestre. O catalisador mais eficiente para este sistema é a platina, no entanto, fatores como alto custo e escassez fazem dela um material não viável para utilização em larga escala. Calcogenetos ternários e quaternários aplicados como camadas absorvedoras em células solares de alta eficiência são também candidatos à conversão eficiente de luz solar a hidrogênio. Os fotocatodos de calcogenetos (calcopirita e kesterita) utilizados na geração fotoeletroquímica de hidrogênio, tipicamente contém uma camada de CdS sobre a camada de semicondutor do tipo p, dando origem a uma junção p-n que contribui para uma separação eficiente das cargas. Recentemente MoS2 foi relatado como um possível candidato viável aos sistemas contendo CdS e Pt., e dessa forma, este projeto se propõe a desenvolver e caracterizar fotocatodos de calcopiritas (CuInSe2 e CuInGaSe2) e kesterita (Cu2ZnSNSe4) contendo uma camada posterior de MoS2 e WS2, em alternativa ao CdS e a Pt. A fim de aumentar atividade catalítica de geração de hidrogênio, as camadas de MoS2 e WS2 serão dopados com Cu, Ni e Co. A caracterização física dos filmes será realizada com base em diferentes técnicas como Espectroscopia na região UV-Vis, Difração de Raios-X, Espectroscopia Raman, entre outras. Para a avaliação do material mais eficaz, serão realizadas curvas de polarização potenciostática e galvanostática a fim de analisar os parâmetros de Tafel tais como o sobrepotencial aplicado e a densidade de corrente de troca. Os filmes preparados terão a aplicabilidade avaliada na catálise da reação de redução da água para desprendimento de hidrogênio em um sistema fotoeletroquímico. (AU)

Um dos maiores desafios já enfrentados pela humanidade consiste na transformação e ampliação da matriz energética a partir do uso de fontes ambientalmente amigáveis. Uma excelente alternativa são os sistemas fotoeletroquímicos para decomposição da H2O em H2 e O2, os quais permitem o armazenamento de energia em ligações químicas. São muitos os esforços para obtenção de materiais capazes de apresentar eficiência de conversão de fótons incidentes em corrente suficiente para tornar esses sistemas atrativos comercialmente. Amplamente utilizado em células solares, o Si exibe enorme potencial, apresentando características de energia de band gap e posição de banda de condução adequados para a produção de hidrogênio mediante aplicação de pequeno sobrepotencial. Esse sobrepotencial pode ser facilmente fornecido por um painel solar, em um sistema tandem. No entanto, embora o Si seja um ótimo material absorvedor, a baixa estabilidade em eletrólitos aquosos e a lenta cinética de transferência de carga na superfície são fatores restritivos para water splitting. Dessa forma, este projeto visa empregar duas estratégias para solucionar tais limitações, (i) formação de camadas protetivas a base de Al2O3 e (ii) deposição do catalisador de evolução de hidrogênio fosfeto de cobalto (CoP). Para isso, serão avaliadas três técnicas de deposição (imersão, eletrodeposição e spin coating) da camada de Al2O3 sobre o substrato de Si monocristalino, visando assim garantir a formação de uma camada fina, aderente e uniforme. Na sequência será eletrodepositado Co utilizando regime galvanostático pulsado em solução de Co(NO3)2 0,05 mol L-1 + KNO3 0,5 mol L-1. A conversão do filme de Co para CoP será realizada por fosfidação. Esses fotocatodos serão caracterizados por difratometria de raio-X, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de impedância eletroquímica, espectrofotometria de absorção ultravioleta-visível e por medidas fotoeletroquímicas utilizando lâmpada de Xenon como fonte de iluminação com irradiância de 100 mW cm-2 e filtro AM 1.5G. Espera-se que com ambas as metodologias sejam obtidos materiais com excelente desempenho fotoeletroquímico para aplicação na evolução de H2.

A crescente demanda energética mundial e os prejuízos ambientais ocasionados pela intensa utilização dos combustíveis fósseis ao longo dos anos, reiteram a necessidade do desenvolvimento de uma alternativa energética que seja limpa, renovável e economicamente atrativa. Uma das vantagens da utilização do hidrogênio como combustível é que em seu processo de combustão não há emissão de gases poluentes para a atmosfera. O processo fotoeletroquímico de redução da água é visto como um processo interessante no sentido de que utiliza a energia do fóton para decompor a água do eletrólito e produzir H2. Diversos materiais estão sendo desenvolvidos e caracterizados, com base em parâmetros relevantes, afim avaliá-los como potenciais constituintes dos fotocatodos para a catálise da reação de desprendimento de hidrogênio. Dessa forma, este projeto se propõe a desenvolver e caracterizar fotocatodos de MoS2 e WS2, sintetizados por eletrodeposição e pelo método químico, assim como a preparação destes filmes dopados com Fe, Ni e Co. A caracterização física dos filmes será realizada com base em diferentes técnicas como espectroscopia na região UV-Vis, difração de raios-X, espectroscopia Raman, entre outras. Para a avaliação do material mais eficaz, serão realizadas curvas de polarização potenciostática e galvanostática a fim de analisar os parâmetros de Tafel tais como o sobrepotencial aplicado e a densidade de corrente de troca. (AU)

A conversão eficiente e barata de energia solar em uma forma de energia armazenável e transportável é um dos grandes objetivos da sociedade atual. A decomposição fotoeletroquímica da água em H2 e O2 vem se destacando no cenário mundial como uma solução promissora uma vez que estes gases podem ser produzidos de maneira ambientalmente correta. Diversas investigações vêm sendo realizadas para o desenvolvimento deste processo. Contudo, os semicondutores fotocatalíticos eficientes na produção de H2 e O2 são de grande interesse científico, pois estes devem apresentar alta eficiência fotocatalítica com baixo custo e ampla estabilidade frente à fotocorrosão. Neste projeto é proposto o desenvolvimento de fotoanodo de nanocompósitos de WO3/NTCs por uma rota sintética de apenas uma etapa de modo a se obter nanoestruturas com elevada fotocorrente e baixa capacidade de recombinação dos pares elétron/lacuna. Os materiais obtidos serão caracterizados por diferentes técnicas instrumentais, como por exemplo: Espectroscopia na região do UV-Vis, Microscopia Eletrônica de Varredura, Difração de Raios-X e voltametria cíclica. Alguns estudos de voltametria cíclica na presença e ausência de luz serão realizados para se avaliar a possibilidade de uso destes nanocompósitos na fotoeletrólise da água.