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https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/14282| Tipo: | Trabalho de Conclusão de Curso |
| Título: | CONVERSÃO FOTOELETROQUÍMICA DE METANO EM ENERGIA UTILIZANDO FOTOCÉLULAS A COMBUSTÍVEL BASEADAS EM FOTOÂNODOS DE BiVO4/CoOx |
| Autor(es): | ALESSANDRA PETISCO RODRIGUES |
| Primeiro orientador: | HEBERTON WENDER LUIZ DOS SANTOS |
| Resumo: | As mudanças climáticas associadas às emissões de gases de efeito estufa impulsionam a busca por tecnologias capazes de mitigar impactos ambientais e, simultaneamente, gerar energia de forma sustentável. Nesse contexto, o metano destaca-se por seu elevado potencial de aquecimento global e alto conteúdo energético, tornando-se um vetor estratégico para processos de valorização energética. Entre as tecnologias de conversão possíveis, a fotoeletrocatálise se destaca ao utilizar energia solar para promover reações eletroquímicas, aliando aproveitamento energético e mitigação ambiental. Este trabalho investiga o desempenho de uma fotocélula a combustível (PFC) alimentada com metano, baseada em fotoânodos de vanadato de bismuto (BiVO4) modificados superficialmente com óxido de cobalto (CoOx). O BiVO4 tem se destacado como fotoânodo por sua lacuna de banda de 2,4 eV, capaz de absorver luz na região do visível, além de estabilidade química em meio aquoso e baixo custo relativo, características que o tornam promissor para aplicações fotoeletroquímicas. Os fotoânodos foram sintetizados por eletrodeposição seguida de conversão térmica, e o cocatalisador CoOx foi ancorado na superfície por impregnação química e tratamento térmico. As caracterizações estruturais, morfológicas, ópticas e eletrônicas confirmaram a preservação da fase monoclínica do BiVO4, com bandgap de 2,46 eV, indicando que o cocatalisador atua predominantemente na interface semicondutor/eletrólito. As análises de Mott-Schottky revelaram um deslocamento do potencial de banda plana de −0,02 para 0,15 VRHE e aumento da densidade de portadores de carga após a modificação com CoOx. A espectroscopia de impedância eletroquímica evidenciou redução significativa da resistência de polarização, indicando melhora na cinética de transferência de carga. Em operação na PFC, o fotoânodo BiVO4/CoOx apresentou aumento de 64% na densidade de potência máxima quando o anolito foi saturado com metano, alcançando 0,38 mW em regime de fluxo contínuo. Os resultados demonstram que o uso de CoOx como cocatalisador é uma estratégia eficaz para aprimorar o desempenho fotoeletroquímico do BiVO4, evidenciando o potencial do sistema para a valorização energética do metano e geração sustentável de eletricidade. |
| Abstract: | Climate change associated with greenhouse gas emissions has driven the search for technologies capable of mitigating environmental impacts while simultaneously enabling sustainable energy generation. In this context, methane stands out due to its high global warming potential and elevated energy content, making it a strategic target for energy valorization processes. Among the available conversion technologies, photoelectrocatalysis emerges as a promising approach by employing solar energy to drive electrochemical reactions, combining energy recovery with environmental mitigation. This work investigates the performance of a methane-fed photo fuel cell (PFC) based on bismuth vanadate (BiVO4) photoanodes surface-modified with cobalt oxide (CoOx). BiVO4 has attracted significant attention as a photoanode material due to its suitable band gap of approximately 2.4 eV, enabling visible light absorption, chemical stability in aqueous solution, and relatively low cost, making it attractive for photoelectrochemical applications. The photoanodes were synthesized by electrodeposition followed by thermal conversion, while the CoOx cocatalyst was deposited on the surface through chemical impregnation and thermal treatment. Structural, morphological, optical, and electronic characterizations confirmed the preservation of the monoclinic phase of BiVO4, with an unchanged band gap of 2.46 eV, indicating that the modification predominantly affects the semiconductor/electrolyte interface. Mott–Schottky analysis revealed a shift in the flat-band potential from −0.02 to 0.15 VRHE and an increase in charge carrier density after CoOx modification. Electrochemical impedance spectroscopy demonstrated a significant reduction in polarization resistance, indicating improved charge transfer kinetics. During PFC operation, the BiVO4/CoOx photoanode exhibited a 64% increase in maximum power density when the anolyte was saturated with methane, reaching 0.38 mW under continuous flow conditions. These results demonstrate that the use of CoOx as a cocatalyst is an effective strategy to enhance the photoelectrochemical performance of BiVO4, highlighting the potential of this system for methane energy valorization and sustainable electricity generation. |
| Palavras-chave: | Fotoeletroquímica Energia renovável Oxidação de metano Semicondutores |
| País: | |
| Editor: | Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul |
| Sigla da Instituição: | UFMS |
| Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/14282 |
| Data do documento: | 2026 |
| Aparece nas coleções: | Química - Bacharelado (INQUI) |
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