Estudo fotoeletroquímico do CuBi2O4 modificado com cobalto para produção de hidrogênio via clivagem da água.

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.