Síntese e caracterização de heteroestruturas baseadas em SLG/Mo/Sb2Se3/CdS/ZnO/cocatalisador para aplicações fotoeletrocatalíticas

Resumo

Recentemente, o crescimento industrial e populacional desenfreado tem trazido problemas diretamente relacionados ao aumento significativo do consumo de energia. Aproximadamente 85% desse consumo vem da queima de combustíveis fósseis, resultando em grande quantidade de CO2 liberado na atmosfera e potencializando o efeito estufa e as mudanças climáticas. Portanto, a falta de uso de fontes de energia renováveis ou suficientemente limpas é um problema real e a busca pelo desenvolvimento sustentável é um desafio na pesquisa moderna. Nesse cenário, a energia solar tem ganho grande atenção por ser uma alternativa limpa e inesgotável, cuja radiação pode ser aproveitada de diferentes formas. Uma delas é a energia química, onde duas de suas principais finalidades são fortemente destacadas: o processo de fotoeletrólise da água em H2 (g) - um combustível poderoso e limpo - e a redução fotoeletroquímica de CO2 a compostos de interesse industrial - uma forma promissora de reciclagem de CO2. Entre os materiais desenvolvidos para esta aplicação, houve um ressurgimento do interesse em semicondutores de baixa toxicidade, abundantes em terra e de baixo custo. Os calcogenetos binários e ternários à base de cobre, por exemplo, Sb2Se3 e CuSbSe2, respectivamente, são considerados semicondutores importantes por apresentarem boas propriedades fotovoltaicas e fotoeletroquímicas. Além disso, de acordo com estudos associados à catálise da reação de evolução de hidrogênio, compostos com Co, Ni e Zn também apresentam resultados de fotoatividade positivos. Diante dessas circunstâncias, o presente trabalho propõe a obtenção de Sb2Se3 e MSbxSey (M = Cu, Co, Ni ou Zn, para sistemas dopados e ternários) empregando eletrodeposição na formação de fotocátodos aplicados à produção de hidrogênio ou redução de CO2. Os filmes serão caracterizados quanto à morfologia, composição e estrutura cristalina por microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de energia dispersiva e técnicas de difração de raios X, respectivamente; UV-Vis e espectroscopia de impedância eletroquímica serão utilizadas para caracterizar as propriedades optoeletrônicas, enquanto a fotocorrente dos filmes será avaliada utilizando a caracterização fotoeletroquímica, tanto na ausência quanto na presença de nanopartículas catalíticas de Pt, MoS2 e WS2 decoradas nas superfícies dos filmes. . Por fim, um eletrodo de configuração Sb2Se3 (ou MSbxSey) / CdS / ZnO / nanopartículas catalíticas será fabricado e testado na produção de hidrogênio ou redução de reações de CO2.