?rea de concentra??o: Produtos e coprodutos. / Submitted by Jos? Henrique Henrique (jose.neves@ufvjm.edu.br) on 2017-10-03T14:42:21Z
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Previous issue date: 2017 / Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM) / Funda??o de Amparo ? Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG) / A convers?o da energia da radia??o solar em H2(g), combust?vel verde, usando-se c?lulas fotoeletroqu?micas (PEC) ? uma estrat?gia atraente para armazenar energia e minimizar o uso extensivo de combust?veis f?sseis. Neste trabalho, foram fabricados fotoeletrodos por deposi??o spray pyrolysis de um comp?sito de BiVO4/Bi4V2O11 puro ou dopado com W, depositado diretamente sobre um substrato condutor FTO (sigla para fluorine-doped tin oxide) ou sobre uma camada de SnO2 previamente depositada sobre o substrato FTO. Inicialmente, os materiais foram testados na clivagem molecular da ?gua. Verificou?se a forma??o de uma camada de invers?o de buracos induzida pela perovskita ferroel?trica Bi4V2O11 na interface com BiVO4 de tipo?n criando uma jun??o p?n virtual. A fotovoltagem de sa?da elevada da jun??o, em rela??o a uma heterojun??o p?n convencional, que pode ser ainda aumentada alterando-se a polariza??o e dopando-se o material ferroel?trico com tungst?nio, acarreta diminui??o da recombina??o dos pares el?tron?buracos fotogerados na superf?cie e aumenta a fotocorrente em at? 180%. O comportamento de semicondutores de tipo?p e n quando iluminados sugere o uso potencial da heterojun??o como fotoanodo e fotocatodo em uma c?lula PEC (ou photoelectrochemical cell) com dois fotoeletrodos. Este conceito foi comprovado pela conex?o do fotoanodo BiVO4/Bi4V2O11 dopado com 1% em massa de tungst?nio com o fotocatodo BiVO4/Bi4V2O11 n?o dopado. O sistema formado pelo acoplamento fotoanodo-fotocatodo produziu uma fotovoltagem de 1,54 V, e 0,36% de efici?ncia STH (solar-to-hydrogen efficiency). Um fotoeletrodo BiVO4/Bi4V2O11 dopado com 2% em massa de W foi otimizado. Evidenciou-se a forma??o da camada de invers?o de buracos na interface semicondutora no filme mais denso. Este ?ltimo foi testado em diferentes solu??es, obtendo-se elevadas densidades de corrente em NaAc 0,5 mol L-1, ? medida que se adicionou glicerina e vinha?a. Obteve?se a menor resist?ncia na transfer?ncia de cargas na interface eletrodo/eletr?lito 1,16 k? sob ilumina??o, utilizando a solu??o NaAc 0,5 mol L-1 contendo 20 %v/v de vinha?a. Nessas condi??es, a efici?ncia da convers?o de energia foi aumentada em aproximadamente 100%, e dependendo do potencial aplicado a efici?ncia aumentou cerca de 30% em solu??o contendo 10 %v/v de glicerina, com rela??o ? solu??o NaAc 0,5 mol L-1 pura, demonstrando que glicerina e vinha?a atuam como agentes de sacrif?cio eficazes no sequestro de buracos eletr?nicos, para evitar a recombina??o dos pares de el?tron?buraco, no processo de foto?oxida??o acionado por buracos. / Tese (Doutorado) ? Programa de P?s-gradua??o em Biocombust?veis, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, 2017. / The conversion of solar energy into green fuel H2(g) using photoelectrochemical cells (PEC) is an attractive strategy for storing energy and minimizing the extensive use of fossil fuels. In this work, photoelectrodes were prepared by pyrolysis spray deposition from a pure or W?doped BiVO4/Bi4V2O11 composite deposited directly onto an FTO (fluorine-doped tin oxide) electron-conductive substrate or onto a SnO2 layer previously deposited on an FTO substrate. Initially, these materials were tested for molecular water cleavage. It was observed a hole inversion layer induced by the ferroelectric perovskite Bi4V2O11 at the interface of the n?type BiVO4; a virtual p?n junction with high output photovoltage in relation to a conventional p?n heterojunction was also created. Altering the polarization and doping the ferroelectric material with tungsten may increase the p-n heterojunction. This polarization also reduces the recombination of the photogenerated electron?hole pairs on the surface, to increase the photocurrent to as much as 180%. This characteristic behavior of the p?type and n?type semiconductors when illuminated suggests the use of such a heterojunction as photoanode and photocatode in a PEC cell with two coupled photoelectrodes. This concept was proved to effectively work, by connecting the photovoltaic BiVO4/Bi4V2O11 doped with 1 mass% of W to the non?doped BiVO4/Bi4V2O11 photocathode, which produced a high photovoltage of 1.54 V, and 0.36% STH (solar-to-hydrogen) efficiency. A BiVO4/Bi4V2O11 photoelectrode doped with 2 mass% tungsten was optimized, evidencing the inversion of the hole layer at the semiconductor interface in the resulting denser film. This film tested in different liquid solutions revealed to produce high current densities in 0.5 mol L-1 sodium acetate (NaAc), if glycerol and vinasse were added. The electric resistance in the charge transfer at the electrode/electrolyte interface was relatively low, or 1.16 k? under illumination using 0.5 mol L-1 NaAc solution containing 20 %v/v vinasse. Adding vinasse meant an increase of the energy conversion efficiency corresponding to approximately 100%, and depending on the applied potential efficiency increased by about 30% in solution containing 10% v/v glycerin, relatively to the pure 0.5 mol L-1 NaAc solution. These results evidence that glycerin and vinasse act as effective sacrificing agents, to sequester holes and avoid the recombination of electron?hole pairs in the photo?oxidation driven by holes.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:acervo.ufvjm.edu.br/jspui:1/1483 |
| Date | 18 May 2017 |
| Creators | Santos, Wayler Silva dos |
| Contributors | Pereira, M?rcio C?sar, Monteiro, Douglas Santos, Coelho, Jakelyne Viana, Silva, Adilson C?ndido da, Ba?ta, Bruno Eduardo L?bo, Fabris, Jos? Domingos, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM), Pereira, M?rcio C?sar |
| Publisher | UFVJM |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFVJM, instname:Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, instacron:UFVJM |
| Rights | A concess?o da licen?a deste item refere-se ao ? termo de autoriza??o impresso assinado pelo autor, assim como na licen?a Creative Commons, com as seguintes condi??es: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publica??o, autorizo a Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri e o IBICT a disponibilizar por meio de seus reposit?rios, sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei n? 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permiss?es assinaladas, para fins de leitura, impress?o e/ou download, a t?tulo de divulga??o da produ??o cient?fica brasileira, e preserva??o, a partir desta data., info:eu-repo/semantics/openAccess |
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