dc.contributor.author | Santos, Hugo Leandro Sousa dos | |
dc.date.accessioned | 2023-04-25T18:02:28Z | |
dc.date.available | 2023-04-25T18:02:28Z | |
dc.date.issued | 2023-02-24 | |
dc.identifier.citation | SANTOS, Hugo Leandro Sousa dos. Avaliação da atividade fotoeletrocatalítica dos filmes de CuO/NiOx, CuO/Cu2O/CuS e WO3/MoO3-x frente a fotoeletrólise da água para a produção de H2 verde. 2023. Tese (Doutorado em Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17867. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17867 | |
dc.description.abstract | The use of solar energy is essential for the future of humanity. In this context, the conversion of this energy into chemical energy, using low-cost technologies, such as photoelectrochemical cells (PECs), has gained relevance. Thus, in this thesis, the main experimental results achieved with the CuO/NiOx, CuO/Cu2O/CuS and WO3/MoO3-x photoelectrodes applied in the water splitting will be presented. All materials synthesized in this work were characterized in terms of morphology, composition, and crystal structure by scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray diffraction (XRD) techniques, respectively. For the CuO/NiOx system, the influence of NiOx as a cocatalyst and protective layer for the CuO films applied for the hydrogen evolution reaction (HER), was studied. For this, CuO films were obtained from the thermal conversion of Cu2O electrodeposits. Then, thin layers of NiOx were deposited onto CuO by electrodeposition and thermal conversion. The best CuO/NiOx film exhibited a photocurrent density of −1.07 mA cm−2 at 0 VRHE, which was higher compared to CuO (−0.99 mA cm−2). Better stability of CuO/NiOx films was also observed. The best CuO/NiOx activity was attributed to NiOx acting as an active site for HER, which accelerated charge transfer and improved photocathode performance. For the CuO/Cu2O/CuS system, metallic Cu was initially electrodeposited onto FTO substrates. These films were anodized to produce Cu(OH)2 nanowires, which were converted to CuO by heat treatment. Then, these films were functionalized with n-Cu2O particles by electrodeposition. Finally, the CuO/Cu2O films were modified with CuS (cocatalyst). The optimized CuO/Cu2O/CuS film exhibited a photocurrent of −2.74 mA cm-2 at 0 VRHE, while bare CuO exhibited only −2.11 mA cm-2. Furthermore, the photon-to-electron conversion efficiency was 51% higher for CuO/Cu2O/CuS compared to bare CuO. Overall, it was concluded that the type II p-n heterojunction formed between CuO and Cu2O led to better charge separation and the presence of CuS catalyzed the HER. For the WO3/MoO3-x system, WO3 films were obtained by the polymer-assisted deposition (PAD) method and functionalized with defect-rich MoO3−x nanosheets produced by solvothermal synthesis. SEM images showed that the MoO3-x nanosheets were attached to the cracks in the WO3 film. In terms of photoelectrochemical activity, the best WO3/MoO3-x film showed a photocurrent of 3.18 mA cm-2 for the oxygen evolution reaction (OER), which was 70% higher compared to bare WO3 under LED 427 nm. The band structure constructed from Mott-Schottky, and the UV-vis spectroscopy showed that the energy of the conduction and valence bands of WO3 and MoO3-x enabled the formation of a type II heterojunction between these materials, which resulted in a better separation of charges and the reduction of recombination of electron-hole pairs. | eng |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) | por |
dc.description.sponsorship | Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights | Attribution 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/ | * |
dc.subject | Fotoeletroquímica | por |
dc.subject | Photoelectrochemistry | eng |
dc.subject | Óxidos semicondutores | por |
dc.subject | Semiconductors oxides | eng |
dc.subject | Hidrogênio | por |
dc.subject | Hydrogen | eng |
dc.subject | Eletrólise da água | por |
dc.subject | Water electrolysis | eng |
dc.subject | Óxidos de cobre | por |
dc.subject | Copper oxides | eng |
dc.subject | Trióxido de tungsténio | por |
dc.subject | Tungsten trioxide | eng |
dc.title | Avaliação da atividade fotoeletrocatalítica dos filmes de CuO/NiOx, CuO/Cu2O/CuS e WO3/MoO3-x frente a fotoeletrólise da água para a produção de H2 verde | por |
dc.title.alternative | Evaluation of the photoelectrocatalytic activity of CuO/NiOx, CuO/Cu2O/CuS and WO3/MoO3-x films towards the photoelectrolysis of water for the production of green H2 | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.contributor.advisor1 | Mascaro, Lucia Helena | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/9130022476352844 | por |
dc.description.resumo | A utilização de energia solar é essencial para o futuro da humanidade. Nesse sentido, a conversão dessa energia em energia química, utilizando tecnologias de baixo custo, como células fotoeletroquímicas (PECs), tem ganhado relevância. Deste modo, nesta tese, será apresentado os principais resultados experimentais alcançados com os fotoeletrodos de CuO/NiOx, CuO/Cu2O/CuS e WO3/MoO3-x aplicados na reação de separação da água. Todos os materiais sintetizados neste trabalho foram caracterizados quanto à morfologia, composição e estrutura cristalina por técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS) e difração de raios X (DRX), respectivamente. Para o sistema CuO/NiOx, a influência de NiOx como um cocatalisador e camada protetiva para os filmes de CuO aplicados para a reação de desprendimento de hidrogênio (RHD), foi estudado. Para isso, filmes de CuO foram obtidos a partir da conversão térmica de eletrodepósitos de Cu2O. Então, finas camadas de NiOx foram depositados sobre CuO por eletrodeposição e conversão térmica. O melhor filme de CuO/NiOx exibiu uma densidade de fotocorrente de −1,07 mA cm−2 a 0 VERH, que foi maior em comparação com CuO (−0,99 mA cm−2). Uma melhor estabilidade do filme de CuO/NiOx também foi observado. A melhor atividade de CuO/NiOx foi atribuída a atuação de NiOx como sítio ativo para o RDH, que acelerou a transferência de carga e melhorou o desempenho do fotocátodo. Para o sistema de CuO/Cu2O/CuS, inicialmente Cu metálico foi eletrodepositado sobre substratos FTO. Esses filmes foram anodizados para produzir nanofios de Cu(OH)2, que foram convertidos a CuO por tratamento térmico. Após isso, foram funcionalizados com partículas de n-Cu2O por eletrodeposição. Por último, os filmes de CuO/Cu2O foram modificados com CuS (cocatalisador). O filme de CuO/Cu2O/CuS otimizado exibiu uma fotocorrente de −2,74 mA cm-2 em 0 VERH, enquanto o CuO puro exibiu apenas −2,11 mA cm-2. Além disso, a eficiência de conversão de fótons para elétrons foi 51% maior para CuO/Cu2O/CuS em comparação com CuO puro. De modo geral, concluiu-se que a heterojunção p-n do tipo II formada entre CuO e Cu2O conduziu a uma melhor separação de cargas e a presença de CuS catalisou a RDH. Para o sistema WO3/MoO3-x, os filmes de WO3 foram obtidos pelo método de deposição assistida por polímero (DAP) e funcionalizados com nanofolhas de MoO3−x ricas em defeitos, produzidas por síntese solvotérmica. Imagens de MEV mostraram que as nanofolhas de MoO3-x estavam aderidas às rachaduras do filme de WO3. Em termos de atividade fotoeletrocatalítica, o melhor filme de WO3/MoO3-x apresentou uma fotocorrente de 3,18 mA cm-2 para a reação de desprendimento de oxigênio (RDO), que foi 70% maior em comparação com WO3 puro sob LED 427 nm. A estrutura de bandas construída a partir de Mott-Schottky e a espectroscopia Uv-vis mostraram que a energia da banda de condução e valência de WO3 e MoO3-x possibilitaram à formação de uma heterojunção tipo II entre estes materiais, que implicou em uma melhor separação de cargas e a diminuição de recombinações dos pares elétrons-laculas. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Química - PPGQ | por |
dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA | por |
dc.description.sponsorshipId | CNPq Processo nº 141092/2018-1 | por |
dc.description.sponsorshipId | FAPESP Processo nº 2019/26860-2 | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | https://lattes.cnpq.br/6058068729091395 | por |
dc.contributor.authororcid | https://orcid.org/0000-0003-0187-6250 | por |
dc.contributor.advisor1orcid | https://orcid.org/0000-0001-6908-1097 | por |