Desenvolvimento de um dispositivo fotoeletroqu?mico a base de g-C3N4, Cu2O e CuO para clivagem da ?gua em H2 e O2

• Autor(a) principal: Almeida, Monique Rocha
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFVJM
• Texto Completo: http://acervo.ufvjm.edu.br/jspui/handle/1/1311
• topic: C?lulas fotoeletroqu?micas; Clivagem da ?gua; Hidrog?nio; Fotoanodo; Fotocatodo; Photoelectrochemical cells; Water splitting; Hydrogen; Photoanode; Photocathode

A convers?o de energia solar em energia qu?mica usando c?lulas fotoeletroqu?micas ? uma estrat?gia interessante para armazenar energia. C?lulas fotoeletroqu?micas s?o dispositivos constitu?dos de fotoeletrodos semicondutores que absorvem luz com energia maior ou igual a energia de bandgap do semicondutor e geram cargas reativas (el?trons e buracos) na superf?cie dos fotoeletrodos capazes de promover a redu??o e oxida??o da ?gua em H2 e O2, respectivamente. Nesta disserta??o, quatro fotoeletrodos de g-C3N4, g-C3N4/Cu1%, g- C3N4/Cu5% e Cu2O/CuO foram preparados com o objetivo de desenvolver uma c?lula fotoeletroqu?mica para clivagem da ?gua em H2 e O2 de forma espont?nea. As medidas de difratometria de raios X confirmaram a presen?a das fases g-C3N4 e Cu2O/CuO nos fotoeletrodos. As imagens de MEV mostraram que os materiais ? base de g-C3N4 possuem morfologia do tipo esponja, enquanto a heterojun??o Cu2O/CuO ? formada por nanopart?culas de forma indefinida. Medidas de reflect?ncia difusa mostraram que o acoplamento do g-C3N4 e Cu2O/CuO resulta em uma melhora significativa na absor??o ?ptica dos fotoeletrodos. Medidas de ?rea espec?fica indicaram que os nanomateriais ? base de g-C3N4 tem alta ?rea superficial (?100 m2 g?1), enquanto a ?rea espec?fica da heterojun??o Cu2O/CuO foi de 17 m2 g?1. Os resultados de redu??o ? temperatura programada evidenciaram a forma??o das heterojun??es. Os testes fotoeletroqu?micos de produ??o de O2 a partir da ?gua usando luz vis?vel indicaram que em potenciais an?dicos, apenas o fotoanodo de g-C3N4 foi est?vel apresentando uma densidade de fotocorrente de 16 ?A cm?2 que corresponde a uma efici?ncia de convers?o de luz de 0,014%. Em potenciais cat?dicos, a maior densidade de fotocorrente (60 ?A cm?2) foi obtida para o fotoeletrodo Cu2O/CuO. A efici?ncia de convers?o de luz do fotocatodo de Cu2O/CuO foi de 0,029%. Com base nos dados obtidos, uma c?lula fotoeletroqu?mica p-n foi constru?da usando a heterojun??o Cu2O/CuO como fotocatodo e g- C3N4 como fotoanodo. Esta c?lula gerou uma densidade de fotocorrente in operando de 0,62 ?A cm?2 e uma fotovoltagem de 0,62 V. A efici?ncia de convers?o solar da fotoc?lula foi de 0,004% sob irradia??o de luz vis?vel. Apesar da baixa efici?ncia obtida, espera-se que esta disserta??o possa servir de inspira??o para o desenvolvimento de novos dispositivos fotoeletroqu?micos para clivagem da ?gua em H2 e O2, usando luz vis?vel.