Novo Material para Hidrogênio Solar

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Novo material para o hidrogénio solar
Novos fotoanodes prometem alta eficiência na produção de hidrogênio de forma neutra em termos de
clima.
Crédito da imagem: HZB
O hidrogênio é um fator importante em um sistema de energia sustentável. O gás armazena energia em
forma química e pode ser usado de várias maneiras: como combustível, uma matéria-prima para outros
combustíveis e produtos químicos ou até mesmo para gerar eletricidade em células de combustível.
Uma solução para produzir hidrogênio de forma neutra em termos de clima é a divisão eletroquímica da
água com a ajuda da luz solar. Isso requer fotoeletrodos que fornecem uma fotovoltagem e fotocorrente
quando expostos à luz e, ao mesmo tempo, não corroem a água. Os compostos de óxido metálico têm
pré-requisitos promissores para isso. Por exemplo, os dispositivos de divisão de água solar usando
bismuth vanadate (BiVO 44) fotoeletrodos atingem já hoje a eficiência solar-dreno a 8 %, que está perto
do máximo teórico do material de 9%.
Para alcançar eficiências além de 9%, são necessários novos materiais com uma lacuna de banda
menor. O óxido de metal --SnWO4 tem uma lacuna de banda de 1,9 eV, que é perfeitamente adequada
para a divisão de água fotoeletroquímica. Teoricamente, um fotoanode feito deste material poderia
converter -20% da luz solar irradiada em energia química (armazenada na forma de hidrogênio).
Infelizmente, o composto degrada-se muito rapidamente em um ambiente aquoso.
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TEM-Imagem de um filme ?-SnWO4 (verde) revestido com
20 nm NiOx (rosa). Na interface de ?-SnWO4 e NiOx, pode-
se observar uma camada interfacial adicional
Camadas finas de óxido de níquel (NiO x) podem proteger o photoanode ?-SnWO 4 da corrosão, mas
também reduziram significativamente a fotovoltagem. Para entender por que esse é o caso, uma equipe
liderada pelo Dr. Fatwa Abdi, do Instituto HZB de Combustíveis Solares, analisou a 4interface 4 /NiO x
em detalhes em BESSY II.
“Estudamos amostras com diferentes espessuras de NiO x com espectroscopia de fotoelétrons de raios-
X duro (HAXPES) na BESSY II e interpretamos os dados medidos com resultados de cálculos e
simulações”, diz Patrick Schnell, o primeiro autor do estudo e estudante de doutorado na Escola de
Pesquisa Internacional HI-SCORE da HZB. “Esses resultados indicam que uma camada de óxido fino se
forma na interface, o que reduz a fotovoltagem”, explica Abdi.
No geral, o estudo fornece novos insights fundamentais sobre a natureza complexa das interfaces em
fotoeletrodos baseados em óxido de metal. “Esses insights são muito úteis para o desenvolvimento de
fotoeletrodos de óxido de metal de baixo custo e escaláveis”, diz Abdi. ?-SnWO 4 é particularmente
promissora a este respeito. “Atualmente, estamos trabalhando em um processo de deposição alternativo
para o NiO x no ?-SnWO 4 que não leva à formação de uma camada de óxido interfacial, que
provavelmente será SnO 22. Se isso for bem sucedido, esperamos que o desempenho fotoeletroquímico
de ?SnWO 4 aumente significativamente. ”
Referência: Patrick Schnell, et al., Formação Interfacial de Oxido Limita a Fotovoltagem do SnWO 4 /NiO
x Photoanodes Preparado por Deposição a Laser Pulsed, Materiais Avançados de Energia (2020). DOI:
10.1002/aenm.202003183
Comunicado de imprensa fornecido por Helmholtz Berlin
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202003183
https://www.helmholtz-berlin.de/
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