Orientador: Prof. Dr. Flavio Leandro de Souza / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2015. / Iron oxide is one of the most promising semiconductors for applications as photoanodes in photoelectrochemical cells. A simple and cheap route to prepare hematite photoelectrodes is the sol-gel method. Hematite thin films can be also prepared by using the polymerized complex (PC) method that is a sol-gel method derived technique. This methodology involves the formation of complexes of metal ions that then undergo polymerization. In addition, the PC method allows an optimal control of stoichiometry and of the incorporation of impurities during the process. In this work, pure and doped hematite thin films were prepared by using the PC method at two different heat treatments (500°C and 800°C). The á-Fe2O3 thin films were modified with two differently charged dopants (Zn2+ and Sn4+), and their photoelectrochemical properties were studied in comparison with the pure hematite films. Hematite electrodes prepared at 800°C exhibited the best photocatalytic response in comparison with 500°C-treated hematite films. This effect was attributed to the higher roughness and surface area of films synthesized at higher temperatures. Furthermore, the modification of á-Fe2O3 with Zn2+ and Sn4+ ions resulted in a better photoresponse and stability as showed by the linear sweep voltammetry and chronoamperometry results. Dopants influenced differently on the photocurrent onset potential and the potential for the electrocatalytic oxygen evolution. In addition, results suggested that impurities were incorporated more efficiently into the hematite films prepared at 800°C. Nevertheless, the photocatalytic properties of the undoped and modified hematite films was poor, and two plausible hypothesis are proposed to explain the poor performance of hematite electrodes. First, most of dopants may have segregated, and, according to the previous reports in the literature, they may have acted as recombination sites that reduced the efficiency of the charge separation (photogenerated electron-hole pair). Second, poor contact between the hematite and F-SnO2 layer (from substrate) may have formed that severely hindered the harvesting of the photogenerated charges. The overall consequence of these two effects is the reduction in the activity of hematite films under illumination conditions. / O oxido de ferro e um dos semicondutores mais promissores para aplicacoes como fotoanodos em celulas fotoeletroquimicas. Uma rota simples e barata para preparar fotoeletrodos de hematita e o metodo sol-gel. Filmes finos de hematita podem tambem ser preparados utilizando o metodo do complexo polimerizado (CP) que e um metodo derivado da tecnica sol-gel. Esta metodologia envolve a formacao de complexos de ions metalicos que em seguida se polimerizam. Alem disso, o metodo do CP permite um controle optimo da estequiometria e da incorporacao de impurezas durante o processo. Neste trabalho, filmes finos de hematita pura e dopada foram preparados utilizando o metodo do CP em dois tratamentos termicos diferentes (500¿C e 800¿C). Os filmes finos de ¿¿-Fe2O3 foram modificados com dois dopantes de cargas diferentes (Zn2+ e Sn4+) e as suas propriedades fotoeletroquimicas foram estudadas em comparacao com os filmes de hematita pura. Os eletrodos de hematita preparados a 800¿C apresentaram a melhor resposta fotocatalitica em comparacao com os filmes de hematita preparados a 500¿C. Este efeito foi atribuido a maior rugosidade e area superficial dos filmes sintetizados a temperaturas mais elevadas. Alem disso, a modificacao de ¿¿-Fe2O3 com os ions Zn2+ e Sn4+ resultou em uma melhor fotoresposta e estabilidade como demonstrado pelos resultados da voltametria linear e cronoamperometria. Os dopantes influenciaram de forma diferente no potencial do comeco da fotocorrente e no potencial da evolucao de oxigenio eletrocatalitica. Alem disso, os resultados sugeriram que as impurezas foram incorporadas de forma mais eficiente nos filmes de hematita preparados a 800¿C. Porem, as propriedades fotocataliticas dos filmes de hematita nao dopada e modificada nao foram significativas, e duas hipoteses plausiveis sao propostas para explicar o baixo desempenho dos eletrodos de hematita. Em primeiro lugar, a maioria dos dopantes podem ter segregado, e, de acordo com o reportado na literatura, eles podem estar atuando como sitios de recombinacao que reduziram a eficiencia da separacao das cargas (par eletron-buraco fotogerado). Em segundo lugar, mau contato entre a camada de hematita e F-SnO2 (do substrato) pode ter sido formado que impediu severamente a colheita das cargas fotogeradas. A consequencia global destes dois efeitos e a reducao da atividade fotocatalitica dos filmes de hematita.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:BDTD:76849 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Aguilar, Daniel Angel Bellido |
| Contributors | Souza, Flávio Leandro de, Avila, Marcos de Abreu, Bobet, Jean-Louis |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Inglês |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf, 73 f. : il. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFABC, instname:Universidade Federal do ABC, instacron:UFABC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=76849&midiaext=73000, http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=76849&midiaext=72999, Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.brphp/capa.php?obra=76849 |
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