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Title: Estudo fotoeletroquímico do CuBi2O4 modificado com cobalto para produção de hidrogênio via clivagem da água.
Authors: Bruziquesi, Carlos Giovani Oliveira
metadata.dc.contributor.advisor: Silva, Adilson Cândido da
Pereira, Márcio César
Keywords: Semicondutores
Hidrogênio
Issue Date: 2018
metadata.dc.contributor.referee: Silva, Adilson Cândido da
Afonso, André Santiago
Dias, Anderson
Citation: BRUZIQUESI, Carlos Giovani Oliveira. Estudo fotoeletroquímico do CuBi2O4 modificado com cobalto para produção de hidrogênio via clivagem da água. 2018. 101 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto. Ouro Preto, 2018.
Abstract: Denominado de kusachiite, o mineral de p-CuBi2O4 (CBO) possui um band-gap óptico entre 1,5-1,8eV e uma densidade de fotocorrente teórica máxima de 19,7- 29,0 mA.cm-2, além das energias das bandas de valência e condução favoráveis à oxidação da água e consequente produção de hidrogênio. Todavia, a sua baixa densidade de fotocorrente e fotocorrosão (típica em óxidos) o impossibilita de ser empregado como fotocatodo para produção de energia. Dentre as técnicas de deposição utilizadas, a de spray pyrolysis mostrou-se a melhor para a obtenção de filmes mecanicamente estáveis e uniformes (qualidades essas imprescindíveis para se alcançar reprodutibilidade). Sintetizado in situ sobre o substrato de vidro FTO utilizando spray pyrolysis, variando condições como: solvente, tempo de calcinação, temperatura e espessura da camada depositada, fora alcançada uma densidade de fotocorrente superior à literatura (−2.5 mA.cm-2 a 0.6 V vs RHE em H2O2) 1. No entanto, a problemática da fotocorrosão persistiu, sendo necessário um estudo mais detalhado a respeito do transporte de cargas minoritárias à interface semicondutor-eletrólito. Este trabalho apresenta uma melhora na eficiência em correntes catódicas e instabilidade fotoquímica quando empregada a dopagem de Co2+. Nesses filmes preparados utilizando 3% de Co, não fora observada a fotorredução do material quando estudados em 0,5 M de Na2SO4 (pH~7), sob fonte de Xe (A.M 1,5G) a um potencial de -0,6V vs. Ag/AgCl, atingindo em média, uma densidade de fotocorrente igual a -2,5 mA.cm-2. Valor esse superior ao encontrado em outros trabalhos. Pode-se inferir que a dopagem do material utilizando Co mostrou-se uma alternativa para evitar a fotorredução. Espera-se que este trabalho contribua para o melhoramento da estabilidade do p-CuBi2O4 para aplicação em células fotoeletroquímicas.
metadata.dc.description.abstracten: Named as kusachiite, the mineral of p-CuBi2O4 (CBO) has an optical band gap between 1.5-1.8eV and a maximum theoretical photocurrent density of 19.7-29.0 mA.cm-2, in addition to the energies of the valence and conduction bands favorable to the oxidation of water and consequent evolution of hydrogen. However, its low density of photocurrent and corrosion (typical in oxides) makes it impossible material as a p-type semiconductor for Photoelectrochemical cells. Among the various deposition techniques used, spray pyrolysis proved to be the best for obtaining mechanically stable and uniform films (qualities that are essential to achieve reproducibility). Synthesized in situ on the FTO glass substrate using spray pyrolysis, varying conditions such as solvent, calcination time, temperature and layer thickness, a higher photocurrent density than the literature was achieved (−2.5 mA.cm-2 at 0.6 V vs RHE with H2O2) 1. However, the problem of photo corrosion persisted, requiring a more detailed study on the transport of minority charges to the semiconductor-electrolyte interface. This work presents an improvement in the efficiency in cathodic currents and photochemical instability when using Co2+ doping. In these films prepared using 3% Co, the reduction of the material when studied in 0.5 M Na2SO4 (pH ~ 7), under Xe source (1,5G AM) was not observed at a potential of -0.6V vs. Ag / AgCl, reaching, on average, a photocurrent density of -2.5 mA.cm-2. This value is higher than that found in other works. We can say that the doping of the study material using Co showed to be an alternative to avoid the undesired reduction. It is hope that this work will contribute to the improvement of the stability of p-CuBi2O4 for application in Photoelectrochemical cells (PEC’s).
Description: Programa de Pós-Graduação em Química. Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/9884
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo autor(a), 26/04/2018, com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0, que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que seja citado o autor e licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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