Desenvolvimento de fotocátodos de alta eficiência à base de CuBi₂O₄ para a produção de hidrogênio

Descrição

A transição global para matrizes energéticas de baixo carbono exige o desenvolvimento de vetores energéticos limpos e sustentáveis, posicionando o hidrogênio verde como uma alternativa central para o século XXI. Dentre as rotas de produção, a quebra fotoeletroquímica (PEC) da água destaca-se por converter diretamente energia solar em combustível químico. No entanto, a eficiência desses sistemas é severamente limitada pela escassez de fotocátodos (de tipo p) eficientes para a reação de evolução do hidrogênio (REH). O bismutato de cobre (CuBi2O4) surge como um candidato promissor devido ao seu bandgap óptico ideal (1,5 eV a 1,8 eV) e à absorção na região do visível, embora sofra com alta recombinação de portadores e instabilidade química (fotocorrosão). Este projeto propõe o desenvolvimento e a otimização de fotocátodos de alta eficiência à base de filmes finos de CuBi2O4, sintetizados por magnetron sputtering. A metodologia consistirá no mapeamento sistemático dos parâmetros de deposição (potência dos alvos de Cu e Bi, fluxo de Ar/O2 e pressão) sobre substratos condutores de FTO, seguido de tratamentos térmicos pós-deposição para induzir a cristalização da fase tetragonal pura. Os filmes obtidos serão caracterizados estruturalmente, morfologicamente e optoeletronicamente por DRX, Raman, MEV-FEG e espectroscopia UV-Vis. O desempenho fotoeletroquímico será avaliado sob iluminação simulada (AM 1.5G) para quantificar as densidades de fotocorrente e a estabilidade temporal, e também será explorada a deposição in situ de camadas ultrafinas de passivação (TiO2) para mitigar a fotocorrosão. Espera-se, ao final do estudo, estabelecer correlações precisas entre as variáveis do processo de sputtering e as propriedades cinéticas de transporte de carga, viabilizando o desenvolvimento de fotoeletrodos mais robustos e eficientes para a transição energética.