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dc.creatorNascimento, Lucas Leão-
dc.date.accessioned2025-08-13T12:20:53Z-
dc.date.available2025-08-13T12:20:53Z-
dc.date.issued2025-07-25-
dc.identifier.citationNASCIMENTO, Lucas Leão. Development and optoelectronic characterization of photoactive materials for photo(electro)reforming of industrial waste streams and low carbon hydrogen evolution. 2025. 185 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.471.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46605-
dc.description.abstractThis work focuses on the development and characterization of novel photocatalytic materials and photoanodes capable of harvesting visible light to promote the photo(electro)reforming of organic substrates, especially real industrial biomass derived waste streams, aiming at the production of low carbon hydrogen and value added oxidation products. Hydrothermal and solvothermal synthetic strategies were employed to introduce oxygen vacancies and dopant species into wide bandgap semiconductor oxides such as Bi2WO6, Nb2O5, and TiO2, effectively narrowing their band gaps and enhancing visible light absorption. Additionally, oxynitride materials (NbTiON) and covalent organic frameworks (COFs) were synthesized as alternative photocatalysts with tunable optoelectronic properties. The obtained materials were comprehensively characterized by different techniques to elucidate their morphology, optoelectronic properties, and charge carrier dynamics. The most promising photocatalysts were immobilized as thin films to fabricate photoanodes, which were evaluated under simulated solar (AM 1.5G, 100 mW cm 2) and visible irradiation (> 420 nm, 100 mW cm 2) in photoelectrochemical cells (PECs) containing glycerol or flegmass as sacrificial agents. PECs with BiVO4 photoanodes doped with 5 wt.% Nb have converted 91.4% of glycerol with 88.9% selectivity toward formic acid formation after 5 hours of simulated sunlight illumination, achieving a H2 evolution rate (HER) of 4.2 μmol H2 cm 2 h 1. This value is 84% higher than that of unmodified BiVO4. Additionally, oxygen vacancies engineering was employed to improve the photoelectrocatalytic performance of Bi2WO6 based photoanodes towards crude glycerol conversion, from 17.0% for the pristine oxide to 24.5%. Concomitantly, HER was enhanced from 32 to 63 μmol h 1 cm 2. Looking at new materials for photoreforming, the properties of thiophene based COFs were modulated through linkage conversion from imine to amide resulting in a 300% increase in the photocatalytic HER compared to its imine form. These findings highlight the synergistic benefits of defect engineering, doping, and alternative synthetic pathways in tailoring the optoelectronic and catalytic properties of semiconductors. Overall, this work advances the design of efficient, stable, and abundant photoelectrodes for solar driven biomass valorization and hydrogen production.pt_BR
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpt_BR
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológicopt_BR
dc.description.sponsorshipFAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Geraispt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândiapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectPhotoreformingpt_BR
dc.subjectFotorreformapt_BR
dc.subjectPECpt_BR
dc.subjectHydrogenpt_BR
dc.subjectCOFpt_BR
dc.subjectGlycerolpt_BR
dc.subjectGlicerolpt_BR
dc.subjectFlegmasspt_BR
dc.subjectFlegmaçapt_BR
dc.subjectEnergy conversionpt_BR
dc.subjectConversão de Energiapt_BR
dc.subjectDefect engineeringpt_BR
dc.subjectDefeitos estruturaispt_BR
dc.subjectBiomass valorizationpt_BR
dc.subjectValorização de biomassapt_BR
dc.subjectQuímicapt_BR
dc.titleDevelopment and optoelectronic characterization of photoactive materials for photo(electro)reforming of industrial waste streams and low carbon hydrogen evolutionpt_BR
dc.title.alternativeDesenvolvimento e caracterização optoeletrônica de materiais fotoativos para a foto(eletro)reforma de efluentes industriais e produção de hidrogênio de baixo carbonopt_BR
dc.typeTesept_BR
dc.contributor.advisor1Patrocinio, Antonio Otavio de Toledo-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0176020585396338pt_BR
dc.contributor.referee1Hori, Carla Eponina-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2617251488980560pt_BR
dc.contributor.referee2Souza, Flavio Leandro de-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/5110201839173694pt_BR
dc.contributor.referee3Alonso, Christian Gonçalves-
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/7285754665946583pt_BR
dc.contributor.referee4Silva, Luciana Almeida da-
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/8485782557248922pt_BR
dc.creator.Latteshttps://lattes.cnpq.br/7149753824920838pt_BR
dc.description.degreenameTese (Doutorado)pt_BR
dc.description.resumoEste trabalho tem como foco o desenvolvimento e a caracterização de novos materiais fotocatalíticos e fotoanodos capazes de absorver luz visível para promover a foto(eletro)reforma de substratos orgânicos, especialmente de derivados de biomassa, com o objetivo de produzir hidrogênio de baixo carbono e produtos de oxidação de alto valor agregado. Estratégias sintéticas hidrotérmicas e solvotérmicas foram empregadas para introduzir vacâncias de oxigênio e dopantes em óxidos semicondutores de bandgap elevado, como Bi2WO6, Nb2O5 e TiO2, aumentando a absorção de luz visível. Além disso, oxinitreto de titânio e nióbio (NbTiON) e Covalent Organic Frameworks (COFs) foram sintetizados como fotocatalisadores alternativos com propriedades optoeletrônicas modulares. Os materiais obtidos foram caracterizados por diferentes técnicas a fim de elucidar a morfologia, propriedades optoeletrônicas e a dinâmica dos portadores de carga. Os fotocatalisadores mais promissores foram imobilizados na forma de filmes para a fabricação de fotoanodos, os quais foram avaliados sob irradiação solar simulada (AM 1.5G, 100 mW cm 2) e luz visível (λ > 420 nm, 100 mW cm 2) em células fotoeletroquímicas (PECs) contendo glicerol ou flegmaça. PECs com fotoanodos de BiVO4 dopados com 5% m/m de Nb5+ converteram 91,4% do glicerol com 88,9% de seletividade para formação de ácido fórmico após 5 horas de irradiação de luz solar simulada, alcançando uma velocidade de evolução de H2 (HER) de 4,2 μmol H2 cm 2 h 1 (84% maior do que o obtido com o BiVO4 não modificado). Ademais, a inserção de vacâncias de oxigênio foi empregada para melhorar o desempenho de fotoanodos à base de Bi2WO6 frente à conversão do glicerol bruto, elevando a conversão de 17,0% para 24,5%. Concomitantemente, a HER aumentou de 32 para 63 μmol h 1 cm 2. Explorando novos materiais, as propriedades de COFs baseados em tiofeno foram moduladas por meio da conversão da ligação imina em amida, resultando em um aumento de 300% na HER. Esses resultados destacam os benefícios da inserção de defeitos estruturais, dopagem e rotas sintéticas alternativas na modulação das propriedades optoeletrônicas e catalíticas de semicondutores. De forma geral, este trabalho avança no design de materiais e fotoeletrodos eficientes, estáveis e abundantes para a valorização de biomassa e produção de hidrogênio impulsionadas pela energia solar.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Químicapt_BR
dc.sizeorduration185pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICApt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICApt_BR
dc.identifier.doihttp://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.471pt_BR
dc.orcid.putcode189803647-
dc.crossref.doibatchid8f6f25fd-9966-4bf4-a2a5-604c83f3ee7f-
dc.subject.autorizadoQuímicapt_BR
dc.subject.autorizadoCatálisept_BR
dc.subject.autorizadoFotoeletroquímicapt_BR
dc.subject.odsODS::ODS 7. Energia limpa e acessível - Garantir acesso à energia barata, confiável, sustentável e renovável para todos.pt_BR
Appears in Collections:TESE - Química

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