Sistemas fotocatalíticos para produção de hidrogênio verde a partir de estruturas nanotubulares

Abstract

Atualmente, a busca por fontes de energia que produzam menos impactos ambientais tornou-se um grande desafio. Entre as fontes alternativas de energia, destaca-se o hidrogênio produzido através da energia solar. A formação de heterojunções entre os nanotubos (NTs) de dióxido de titânio com semicondutores é uma promissora estratégia para a utilização de energia solar na produção verde de hidrogênio. No presente trabalho, nanotubos (NTs) de dióxido de titânio (TiO2), o óxido ternário CuBi2O4 e os óxidos binários CuO e Bi2O3 foram estudados como fotoeleltrocatalisadores na geração de hidrogênio. Os NTs de TiO2 foram sintetizados pelo método de anodização eletroquímica (45 V por 110 minutos) e tratados termicamente a uma temperatura de 500°C por 3 h para atingir a fase cristalina da anatase. Os óxidos ternários CuO-Bi2O3 foram sintetizados através de um processo de eletroquímico em uma célula de corrosão, posteriormente tratados termicamente a 500°C por 2 h, utilizando como condições cargas na faixa de 50mC, 100mC e 250mC para todas as heterojunções (TiO2/CBO, TiO2/Bi2O3 e TiO2/CuO). Estruturalmente, as heterojunções estudadas, foram avaliadas através de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios-X (DRX). A atividade fotocatalítica dos sistemas foi avaliada através de medidas fotoeletroquímicas usando uma célula de três eletrodos (PEC) e por irradiação solar. Foi constatado o aumento da densidade de fotocorrente gerada em 2 vezes para o sistema TiO2/CBO 50mC, saindo de 0,21 mA cm-2 para o TiO2 e 0,51mA cm-2 para o TiO2/CBO 50mC. Além da diminuição da resistência à transferência de elétrons em comparação com os NTs de TiO2, as heterojunções TiO2/CBO, TiO2/Bi2O3 apresentaram produção de hidrogênio, utilizando solução de sulfato de sódio e glicerol como hole scavenger como eletrólito para reduzir os efeitos da fotocorrosão. Houve um aumento de 2 vezes na taxa de produção de hidrogênio (TiO2/CBO, 0,98 mL H2 h -1 ) em

comparação com os NTs de TiO2 (0,45 mL H2 h -1 ) após um período de 2 horas de produção. Com base nos resultados apresentados, conclui-se que a heterunjunção do óxido ternário sobre a superfície de NTs de TiO2 viabilizou um sistema eficiente para geração de hidrogênio. Conseguindo-se ampliar a região de absorção e melhorar a desempenho fotocatalítica confirmando a hipótese inicial comprovando seu potencial para aplicações fotocatalíticas e fotoeletroquímicas.