Células fotoeletroquímicas de TiO2 para a produção de hidrogênio verde

Abstract

As recentes altas nos preços da gasolina têm impulsionado a busca por fontes alternativas de energia, levando diversos países a reavaliarem seus cronogramas de substituição de motores a combustão. Nesse contexto, o hidrogênio verde se destaca como uma fonte de energia limpa e de alta densidade energética, embora exija métodos eficientes e econômicos para sua produção na forma de H₂. Uma abordagem promissora é a utilização de células fotoeletroquímicas (PECs), que realizam a hidrólise fotoinduzida da água em semicondutores, permitindo que o hidrogênio gerado atue como meio de armazenamento energético. Este trabalho revisa a literatura sobre semicondutores com propriedades fotoeletroquímicas, analisando os efeitos físicos e a teoria da absorção de luz e transporte de elétrons. Fazendo através de simulações computacionais investigação das propriedades eletrônicas de materiais, com foco no TiO₂ e suas três fases, comparando os resultados experimentais com as simulações.

Abstract: Recent increases in gasoline prices have boosted the search for alternative energy sources, leading several countries to re-evaluate their schedules for replacing combustion engines. In this context, green hydrogen stands out as a clean energy source with high energy density, although it requires efficient and economical methods for its production in the form of H₂. One promising approach is the use of photoelectrochemical cells (PECs), which carry out the photoinduced hydrolysis of water in semiconductors, allowing the hydrogen generated to act as a means of energy storage. This work reviews the literature on semiconductors with photoelectrochemical properties, analyzing the physical effects and the theory of light absorption and electron transport. Using computer simulations, it investigates the electronic properties of materials, with a focus on TiO₂ and its three phases, comparing experimental results with the simulations.