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)

O projeto "Geração e Armazenamento de Novas Energias: trazendo desenvolvimento tecnológico para o país" engloba as atividades de pesquisa e extensão de três programas da fase 2 do CINE de 2023 a 2028: Geração de Energia (Energy Generation, EG), Armazenamento Avançado de Energia (Advanced Energy Storage, AES) e Geração de Hidrogênio Verde (Green Hydrogen, GH2). O projeto se enquadra na missão do CINE que é o desenvolvimento de tecnologias nacionais na área de novas energias, focando no ambiente de transição energética pela qual o país atravessa, com o comprometimento de uma economia com baixas emissões de carbono. Todos os projetos têm seus objetivos o olhar cuidadoso na matriz elétrica do país, que atualmente é 83% renovável. O avanço principalmente na expansão da energia fotovoltaica que recentemente ultrapassou a energia eólica e ambas deverão assumir o protagonismo na geração elétrica limpa no mundo em 10-15 anos, o que justifica a criação do programa EG. O programa GH2 traz ao CINE a pauta da geração do hidrogênio verde que se tornou um dos principais vetores de transporte de energia nos próximos 10-15 anos. Mobilidade elétrica e armazenamento de energia estacionário são pautas do programa AES trazidas pelas recentes discussões de como o Brasil e o mundo irão lidar com o transporte de cargas e passageiros, bem como incorporar maior participação da energia eólica e fotovoltaica na rede elétrica. Todos os programas abrangem estudos fundamentais das tecnologias a serem abordadas com enfoque em caracterizações in situ e in operando utilizando técnicas avançadas (como é o caso de estudos que já vem sendo realizados em colaboração com o Sirius em Campinas e outros laboratórios que utilizam a radiação síncrotron). Também estão previstos o desenvolvimento e aprimoramento de materiais funcionais, como catalisadores, fotocatalisadores, membranas, substratos de suporte, etc., com foco em diminuição de custo, uso de insumos e produções locais, diminuição da utilização de metais raros e ampliação do uso de carbono e derivados, aumento de eficiência de geração e estabilidade. A ampliação das tecnologias para escala de protótipo será executada em vários projetos como é o caso das células solares de perovskita, eletrolisadores PEM, células fotoeletroquímicas, bateriais e supercapacitores. Parte desse upscalling já se iniciou na fase 1 do CINE e deve ser impulsionado mais fortemente na fase 2. Isso permitirá que muitos projetos que se encontram ao nível de meta tecnológica TRL 3 passem para nível TRL 4 ou 5 nos próximos anos. (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.