Grande parte da energia primária consumida mundialmente é proveniente dos combustíveis fósseis. Entretanto, espera-se que a produção desses combustíveis atinja um pico e após decresça motivada pela depleção do petróleo. Nesse contexto, a utilização de energia solar tem ganhado bastante atenção por se tratar de uma fonte com elevada capacidade energética, renovável e limpa. Nesse cenário, a conversão de energia solar em energia química, utilizando tecnologias de baixo custo, como células fotoeletroquímicas (PECs), para produzir H2 (g) a partir da redução fotoeletroquímica de água vem sendo intensamente estudada. Levando em conta o que foi dito, o presente projeto propõe a obtenção de filmes nanoestruturados de CuO/Ga2O3 e Cu2O/Ga2O3 por métodos simples e baratos como anodização e/ou tratamento térmico de um substrato de cobre metálico para as camadas de CuO e Cu2O e spray pirólise e/ou Liquid-Phase Deposition (LPD) para a camada de Ga2O3. Os filmes obtidos serão aplicados como fotocatodos para produção de hidrogênio a partir da redução fotoeletroquímica da água. Além disso, como forma de melhoramento da atividade, estes filmes serão decorados com nanopartículas co-catalisadores de Pt e RuOx, e com co-catalisadores baseado em elementos abundantes como os fosfetos de metais de transição MPx (M = Ni, Co e Fe). Por último, se necessário, será estudado a aplicação de uma camada protetiva de TiO2 ou ZnO como forma de aumentar a estabilidade dos fotocatodos. Os filmes nanoestruturados serão caracterizados quanto à morfologia, composição e estrutura cristalina por técnicas de Microscopia Eletrônica De Varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDX), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X, espectroscopia Raman e Difração de Raios X (DRX), respectivamente. As propriedades optoeletrônicas serão caracterizadas pela determinação da energia de band gap ótico por meio de refletância difusa; ou quanto aos aspectos eletrônicos, determinando o potencial de banda plana, densidade de portadores e tipo do semicondutor utilizando por espectroscopia de impedância eletroquímica. As medidas fotoeletroquímicas serão realizadas no escuro e sob iluminação por meio de voltametria cíclica ou linear para determinação da densidade de fotocorrente e o potencial de partida (onset) dos filmes obtidos. (AU)

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 fotólise da água seria um dos sistemas mais adequados do ponto de vista ambiental para produção de hidrogênio por poder utilizar uma energia limpa e ainda utilizando um reagente como a água que tem uma boa disponibilidade geográfica. Entretanto, este processo tem baixa eficiência devido aos problemas de absorção da radiação solar e do transporte de carga dentro do sistema. Desse modo, o estudo de estruturas em que há uma melhor eficiência deste processo é de grande importância e fundamental para que este processo possa ser utilizado industrialmente. Para isso o uso da nanoarquitetura onde se planeja minuciosamente a estrutura dos eletrodos que serão utilizados no processo é muito importante e pode permitir uma melhora significativa no desempenho dos materiais. Nesse caso o sistema pode ser desenhado camada por camada e o controle e conhecimento exato de sua nanoestrutura podem facilitar a compreensão do mecanismo de difusão e transporte de cargas nestes sistemas. Considerando o exposto acima, no plano de estudo aqui proposto pretende-se desenvolver e caracterizar materiais nanoestruturados para construção de fotoeletrodos que possuam uma arquitetura projetada de modo a melhorar os pontos críticos de atuação destes sistemas no processo de fotocatálise da água, ou seja, absorção da luz solar, eficiência de conversão, mecanismo de transporte de cargas, diminuição da recombinação de pares de elétrons buracos, etc. Pretende-se estudar o processo de fotólise da água empregando-se nanoestruturas mesoporosas de multicamadas de óxidos, tais como: Fe203 e TiO2. Estes óxidos poderão ser modificados com nanopartículas de íons metálicos (como Co2+, Ru3+ ou Ir3+). Ainda será feito um estudo de nanoarquitetura com a combinação destas multicamadas na fotoeletrólise da água. O sistema poderá ainda ser empregado na fotoeletrogeração de peróxido de hidrogênio e degradação de moléculas orgânicas. (AU)