Obtenção de hidrogênio verde via fotoeletrocatálise utilizando eletrodos de dióxido de titânio sensibilizados com pontos quânticos

Abstract

Neste trabalho, fotoanodos compostos por estruturas hierárquicas de dióxido de titânio (TiO2) sensibilizados com Pontos Quânticos (PQs) de sulfeto de bismuto (Bi2S3) foram aplicados na produção fotoeletroquímica de hidrogênio. Os filmes finos foram produzidos sobre um suporte vítreo condutor através de deposição, tratamento térmico e formação das camadas compacta e mesoporosa. Inicialmente, foi realizada a deposição de uma camada compacta de TiO2 a partir da adição da solução de diisopropóxido de titânio (TDBA) em 1-butanol, seguido de tratamento térmico em 500°C/60 min. Em seguida, foi preparada a camada mesoporosa que nos primeiros experimentos foi estudada em função da proporção de TiO2:EtOH, nas condições 1:2, 1:3, 1:4 e 1:5. A partir da avaliação dos ganhos fotoeletroquímicos associados à espessura dos filmes e concentração da pasta, a camada mesoporosa foi otimizada quanto ao número de camadas. O eletrodo após receber a camada mesoporosa é tratado termicamente em 450°C/30 min. O desempenho fotoeletroquímico dos eletrodos exibiu uma dependência em razão da espessura dos filmes, atingindo uma eficiência de 0,34 mA.cm-2 com espessura de 4,453 ± 0,096 μm após a deposição de 4 camadas na proporção de 1:4, a qual obteve melhor performance. A fim de melhorar a absorção do TiO2, pontos quânticos de Bi2S3 foram aplicados como sensibilizantes. Após a sensibilização, realizada por adsorção química durante 24 h, os eletrodos apresentaram densidade de fotocorrente em aproximadamente 1,3 mA.cm-2, valor superior em cerca de 382% em relação ao TiO2 puro. A produção de hidrogênio, a partir das melhores amostras, gerou 0,12 mL.cm-2 (TiO2) e 3,81 mL.cm-2 (TiO2@Bi2S3), o que comprova a otimização da performance fotoeletroquímica através da sensibilização de filmes mesoporosos de TiO2 com semicondutores nanocristalinos.