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Título: Obtenção de hidrogênio verde via fotoeletrocatálise utilizando eletrodos de dióxido de titânio sensibilizados com pontos quânticos
Autor: Silva, Larissa Giovanna Campos
Endereco Lattes do autor: http://lattes.cnpq.br/7668049129322591
Orientador: Navarro, Marcelo
Endereco Lattes do orientador : http://lattes.cnpq.br/3399488325797270
Co-orientador : Freitas, Denilson de Vasconcelos
Endereço Lattes do Co-orientador : http://lattes.cnpq.br/8627588541223265
Palavras-chave: Hidrogênio - Produção;Filmes finos;Dióxido de titânio;Pontos quânticos;Bismuto;Fotoeletroquímica
Data do documento: 8-Mar-2024
Citação: SILVA, Larissa Giovanna Campos. Obtenção de hidrogênio verde via fotoeletrocatálise utilizando eletrodos de dióxido de titânio sensibilizados com pontos quânticos. 2024. 81 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Licenciatura em Química) - Departamento de Química, Universidade Federal Rural de Pernambuco, Recife, 2024.
Abstract: In this work, photoanodes composed of hierarchical structures of titanium dioxide (TiO2) sensitized with quantum dots (QDs) of bismuth sulfide (Bi2S3) were applied in the photoelectrochemical water splitting reaction. Thin films were produced on a conductive glass substrate through deposition, heat treatment, and formation of compact and mesoporous layers. Initially, a compact layer of TiO2 was deposited by adding a titanium diisopropoxide (TDBA) solution in 1-butanol, followed by heat treatment at 500 °C/60 min. Next, the mesoporous layer was prepared, which in the first experiments was studied depending on the TiO2:EtOH ratio under conditions 1:2, 1:3, 1:4, and 1:5. Based on the evaluation of the photoelectrochemical gains associated with the film thickness and paste concentration, the mesoporous layer was optimized in terms of the number of layers. After receiving the mesoporous layer, the electrode is heat treated at 450 °C/30 min. The photoelectrochemical performance of the electrodes exhibited a dependence on the thickness of the films, reaching an efficiency of 0.34 mA.cm-2 with a thickness of 4.453 ± 0.096 μm after the deposition of 4 layers in a ratio of 1:4, which obtained the best performance. To improve the absorption of TiO2, Bi2S3 quantum dots were applied as sensitizers. After sensitization, carried out by chemical adsorption for 24 h, the electrodes presented a photocurrent density of approximately 1.3 mA.cm-2, approximately 382 % higher than pure TiO2. Optimization of photoelectrochemical performance was achieved by sensitizing mesoporous TiO2 films with nanocrystalline semiconductors, resulting in hydrogen production of 0.12 mL.cm-2 (TiO2) and 3.81 mL.cm-2 (TiO2@Bi2S3).
Resumo: Neste trabalho, fotoanodos compostos por estruturas hierárquicas de dióxido de titânio (TiO2) sensibilizados com Pontos Quânticos (PQs) de sulfeto de bismuto (Bi2S3) foram aplicados na produção fotoeletroquímica de hidrogênio. Os filmes finos foram produzidos sobre um suporte vítreo condutor através de deposição, tratamento térmico e formação das camadas compacta e mesoporosa. Inicialmente, foi realizada a deposição de uma camada compacta de TiO2 a partir da adição da solução de diisopropóxido de titânio (TDBA) em 1-butanol, seguido de tratamento térmico em 500°C/60 min. Em seguida, foi preparada a camada mesoporosa que nos primeiros experimentos foi estudada em função da proporção de TiO2:EtOH, nas condições 1:2, 1:3, 1:4 e 1:5. A partir da avaliação dos ganhos fotoeletroquímicos associados à espessura dos filmes e concentração da pasta, a camada mesoporosa foi otimizada quanto ao número de camadas. O eletrodo após receber a camada mesoporosa é tratado termicamente em 450°C/30 min. O desempenho fotoeletroquímico dos eletrodos exibiu uma dependência em razão da espessura dos filmes, atingindo uma eficiência de 0,34 mA.cm-2 com espessura de 4,453 ± 0,096 μm após a deposição de 4 camadas na proporção de 1:4, a qual obteve melhor performance. A fim de melhorar a absorção do TiO2, pontos quânticos de Bi2S3 foram aplicados como sensibilizantes. Após a sensibilização, realizada por adsorção química durante 24 h, os eletrodos apresentaram densidade de fotocorrente em aproximadamente 1,3 mA.cm-2, valor superior em cerca de 382% em relação ao TiO2 puro. A produção de hidrogênio, a partir das melhores amostras, gerou 0,12 mL.cm-2 (TiO2) e 3,81 mL.cm-2 (TiO2@Bi2S3), o que comprova a otimização da performance fotoeletroquímica através da sensibilização de filmes mesoporosos de TiO2 com semicondutores nanocristalinos.
URI: https://repository.ufrpe.br/handle/123456789/5862
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