p Os fotoanodos feitos de óxidos de metal são considerados uma solução viável para a produção de hidrogênio com a luz solar. α-SnWO ₄ tem ótimas propriedades eletrônicas para separação fotoeletroquímica da água com a luz do sol, mas corrói facilmente. Camadas protetoras de óxido de níquel evitam a corrosão, mas reduza a fotovoltagem e limite a eficiência. Agora, uma equipe do HZB investigou no BESSY II o que acontece na interface entre o fotoanodo e a camada protetora. Combinado com métodos teóricos, os dados de medição revelam a presença de uma camada de óxido que prejudica a eficiência do fotoanodo. p O hidrogênio é um fator importante em um sistema de energia sustentável. O gás armazena energia na forma química e pode ser usado de várias maneiras:como combustível, uma matéria-prima para outros combustíveis e produtos químicos ou mesmo para gerar eletricidade em células de combustível. Uma solução para produzir hidrogênio de maneira neutra para o clima é a divisão eletroquímica da água com a ajuda da luz solar. Isso requer fotoeletrodos que fornecem uma fotovoltagem e fotocorrente quando expostos à luz e ao mesmo tempo não corroem na água. Os compostos de óxidos metálicos têm pré-requisitos promissores para isso. Por exemplo, dispositivos de separação solar de água usando vanadato de bismuto (BiVO ₄ ) fotoeletrodos já alcançam hoje ~ 8% de eficiência solar para hidrogênio, que se aproxima do máximo teórico do material de 9%.

p O limite teórico é de 20% em α-SnWO ₄

p Para alcançar eficiências além de 9%, novos materiais com um gap menor são necessários. O óxido metálico α-SnWO ₄ tem uma lacuna de banda de 1,9 eV, que é perfeitamente adequado para separação fotoeletroquímica de água. Teoricamente, um fotoanodo feito desse material poderia converter ~ 20% da luz solar irradiada em energia química (armazenada na forma de hidrogênio). Infelizmente, o composto se degrada muito rapidamente em um ambiente aquoso.

p A proteção contra a corrosão tem um preço

p Camadas finas de óxido de níquel (NiOx) podem proteger o α-SnWO ₄ fotoanodo de corrosão, mas também reduziu significativamente a fotovoltagem. Para entender por que esse é o caso, uma equipe liderada pela Dra. Fatwa Abdi no HZB Institute for Solar Fuels analisou o α-SnWO ₄ / Interface NiOx em detalhes em BESSY II.

p Interface explorada em BESSY II

p "Estudamos amostras com diferentes espessuras de NiOx com espectroscopia de fotoelétrons de raios-X duros (HAXPES) no BESSY II e interpretamos os dados medidos com resultados de cálculos e simulações, "diz Patrick Schnell, o primeiro autor do estudo e um Ph.D. estudante da HI-SCORE International Research School do HZB. "Esses resultados indicam que uma fina camada de óxido se forma na interface, o que reduz a fotovoltagem, "explica Abdi.

p Outlook:melhores camadas de proteção

p Geral, o estudo fornece novos, percepções fundamentais sobre a natureza complexa das interfaces em fotoeletrodos à base de óxido metálico. "Esses insights são muito úteis para o desenvolvimento de produtos de baixo custo, fotoeletrodos escalonáveis ​​de óxido de metal, "diz Abdi. α-SnWO ₄ é particularmente promissor a este respeito. "Atualmente estamos trabalhando em um processo alternativo de deposição para NiOx em α-SnWO ₄ que não leva à formação de uma camada de óxido interfacial, que é provável que seja SnO ₂ . Se tiver sucesso, esperamos que o desempenho fotoeletroquímico de α-SnWO ₄ vai aumentar significativamente. "