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Uma visão abrangente sobre fotocatalisadores de dopagem na divisão de água sob luz visível é apresentada. A dopagem para regular a estrutura de banda de óxidos compostos à base de Bi atinge a divisão geral da água. Melhorias de desempenho na produção de hidrogênio são feitas pela dopagem para controlar a micromorfologia do fotocatalisador (expondo seletivamente facetas de cristal de alta atividade) e propriedades de superfície (fosforização de superfície). Uma técnica de dopagem de gradiente multilocal constrói um poço de potencial tridimensional, conduzindo eficientemente a separação de carga, estendendo a vida útil do portador fotogerado e aprimorando o desempenho da divisão de água fotocatalítica. Crédito: Chinese Journal of Catalysis
A divisão fotocatalítica da água, empregando estratégias como dopagem e controle de defeitos, tem apresentado melhorias de eficiência, principalmente por meio de avanços recentes em métodos de dopagem que otimizam a conversão de energia sob luz visível.
Na divisão fotocatalítica da água, um fotocatalisador, geralmente um semicondutor, absorve energia luminosa para conduzir a reação de divisão da água. Ao absorver luz, o fotocatalisador gera pares elétron-buraco. Os elétrons excitados reduzem a água, enquanto os buracos a oxidam.
No entanto, há vários desafios associados à divisão fotocatalítica da água, incluindo principalmente baixa eficiência, absorção limitada de luz visível e fotocorrosão do fotocatalisador. Assim, várias estratégias, como formação de heterojunção, design de nanoestrutura, utilização de cocatalisadores, sensibilização de corantes, aprimoramento plasmônico de superfície, dopagem e controle de defeitos estão sendo exploradas para resolver esses problemas e quebrar o gargalo de eficiência.
Doping e melhorias de eficiência
A dopagem, em particular, atraiu atenção significativa. Vários estudos demonstraram sua eficácia. Por exemplo, a equipe de Kudo alcançou um rendimento quântico aparente (AQY) superior a 50% por meio da modificação de óxido de metal. Dopagem de nitrogênio em TiO2conforme relatado por Asahi et al., provou ser crucial para o estreitamento da lacuna de banda e atividade fotocatalítica aprimorada. Domen et al. introduziram uma solução sólida de óxido de nitrogênio de gálio e zinco (Ga1–xZincox)(N1–xOx) para divisão de água de luz visível. Chen et al. exploraram a introdução de desordem em TiO2 camadas de nanofase através da hidrogenação para aumentar a absorção solar. Takata et al. alcançaram a divisão geral da água usando um titanato de estrôncio dopado com alumínio modificado (SrTiO3:Al) fotocatalisador com eficiência quântica externa de até 96%.
Recentemente, a equipe do Prof. Wenfeng Shangguan da Shanghai Jiao Tong University, China, integrou sua pesquisa com outros estudos significativos para fornecer uma revisão abrangente da estrutura da banda de energia, microestrutura, regulação de defeitos e estratégias de dopagem que influenciam a atividade fotocatalítica. Seu foco na dopagem de elementos de terras raras em óxidos compostos à base de bismuto visa aumentar o mínimo da banda de condução e atingir a divisão geral da água sob luz visível. Sua técnica inovadora de dopagem assimétrica — Dopagem de Gradiente Local Selecionado — permite a liberação controlada de íons dopados, prometendo contribuições significativas para a exploração de novos materiais e melhoria da eficiência de conversão de energia na divisão fotocatalítica da água sob luz visível.
Referência: “Relato de fotocatalisador de dopagem para divisão de água” por Wenjian Fang, Jiawei Yan, Zhidong Wei, Junying Liu, Weiqi Guo, Zhi Jiang e Wenfeng Shangguan, 22 de maio de 2024, Revista Chinesa de Catálise.
DOI: 10.1016/S1872-2067(23)64637-6