Synergistic Co3O4 cocatalyst integration in BiVO4 photoanodes for high-efficiency photoelectrochemical water splitting to produce green hydrogen (2026)
- Authors:
- Autor USP: CASTAÑEDA, VICTOR ZAMORA - EESC
- Unidade: EESC
- Sigla do Departamento: SMM
- DOI: 10.11606/D.18.2026.tde-06032026-084510
- Subjects: TOXICOLOGIA AMBIENTAL; TOXICOLOGIA; HIDROGÊNIO
- Keywords: cocatalisador; divisão de água PEC; eficiência de injeção; fotoânodo
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: O setor energético global enfrenta desafios críticos que exigem alternativas limpas e sustentáveis. O hidrogênio tem surgido como uma solução promissora, e a divisão fotoeletroquímica (PEC) da água representa uma rota viável para a produção de hidrogênio impulsionada pela energia solar. Entre os componentes dos sistemas PEC, os fotoânodos continuam sendo um dos principais limitadores de desempenho. Nesta dissertação de mestrado, fotoânodos de vanadato de bismuto (BiVO4, BVO) foram fabricados por meio da técnica de pulverização catódica RF, com ênfase especial na avaliação da influência da razão de gases O2/Ar durante a deposição dos filmes. A otimização dessa razão permitiu o crescimento de filmes finos de BiVO4 com controle estequiométrico e estruturas de defeito ajustadas. A condição ideal (100% O2) resultou em um aumento de quatro vezes no desempenho PEC, alcançando uma densidade de fotocorrente de 1,6 mA cm-2 a 1,23 V vs. RHE. Essa melhoria reflete um aumento na eficiência de transferência de carga na interface semicondutor-eletrólito, juntamente com a redução simultânea da recombinação tanto em volume quanto em superfície. Além disso, a otimização da razão de gases proporcionou um aumento de aproximadamente duas vezes na eficiência de separação de cargas, atingindo valores entre 40-60%. Após a deposição por pulverização catódica RF e tratamento térmico os fotoânodos foram modificados com um cocatalisador de Co3O4 por meio de síntese hidrotérmica, visando melhorar o desempenho na reação de oxidação da água. As medições PEC revelaram melhorias significativas na densidade de fotocorrente, no potencial de início e nas eficiências de separação e injeção de cargas após a modificação com Co3O4, alcançando uma corrente máxima de 2,27 mA cm-2 a 1,23 V vs. RHE. O fotoânodo BVO/ Co3O4 apresentou menor resistênciainterfacial de transferência de carga sob iluminação e maior ABPE e IPCE, demonstrando conversão fóton-corrente mais eficiente. As análises de Mott-Schottky e EIS confirmaram que o cocatalisador Co3O4 aprimora a transferência de carga interfacial enquanto suprime a recombinação de portadores, resultando em um expressivo aumento na eficiência geral da divisão de água PEC. Esses resultados destacam o papel fundamental do controle da razão de gases na deposição de BVO para obter fotoânodos altamente eficientes em aplicações PEC. Além disso, a incorporação de Co3O4 como cocatalisador de superfície melhora ainda mais a atividade dos fotoanodos de BVO, fornecendo uma base significativa para o desenvolvimento de sistemas PEC de próxima geração e alto desempenho.
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2026
- Data da defesa: 03.02.2026
- Status:
- Nenhuma versão em acesso aberto identificada
-
ABNT
ZAMORA CASTAÑEDA, Victor. Synergistic Co3O4 cocatalyst integration in BiVO4 photoanodes for high-efficiency photoelectrochemical water splitting to produce green hydrogen. 2026. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2026. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-06032026-084510/. Acesso em: 15 abr. 2026. -
APA
Zamora Castañeda, V. (2026). Synergistic Co3O4 cocatalyst integration in BiVO4 photoanodes for high-efficiency photoelectrochemical water splitting to produce green hydrogen (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-06032026-084510/ -
NLM
Zamora Castañeda V. Synergistic Co3O4 cocatalyst integration in BiVO4 photoanodes for high-efficiency photoelectrochemical water splitting to produce green hydrogen [Internet]. 2026 ;[citado 2026 abr. 15 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-06032026-084510/ -
Vancouver
Zamora Castañeda V. Synergistic Co3O4 cocatalyst integration in BiVO4 photoanodes for high-efficiency photoelectrochemical water splitting to produce green hydrogen [Internet]. 2026 ;[citado 2026 abr. 15 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-06032026-084510/
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