| |
Coordenadores
Palestrantes
| | Ana Flávia Nogueira
(UNICAMP)
Metal halide perovskite (PSC) solar cells are emerging with the promise of bringing about a revolution in the solar photovoltaic industry, as the efficiency is now comparable to silicon. Such an amazingrevolution was possible due to a precise control and engineering of the morphology, interfaces and defects. The use of multiple cations in the perovskite's A site (Cs, MA (methylammonium) and FA (formamidinium)) and a mixture of different anions (e.g. Br and I) have alloweda control in the desired crystalline phase and band gap; this later is important for Tandem configurations. But such a cocktail of different cations and anions, which move around under external stresses (like temperature, light and bias)may be the cause of several phenomena not well understood, from light induced segregation to degradation.
In this presentation, we will summarize important results from our group usingin situexperiments to probe halide perovskite formation (0D, 2D and 3D), crystallization, composition, and stability. We employed several synchrotron techniques as time-resolved grazing incidence wide angle X-ray scattering (GIWAXS),small angle X-ray scattering (SAXS),high-resolution XRD and nano-infraredtaken at the Brazilian Synchrotron National Laboratory, SSRL-Stanford and ALS Berkeley.
In situ GIWAXS experiments allowed us to understand the influence of the relative humidity and time to drop the antisolvent during the preparation of perovskite films [1], type of the solvent and deposition method [2] and the influence of additives [3]. It is well known that a 2D or 0D layer on the top of a 3D bulk perovskite improves stability and performance. In situ GIWAXS revealed us that during thermal annealing the 2D layer transforms itself into a more disorder layer, improving hole transfer and stability. Interesting results were obtained when the 2D layer is replaced by a perovskite quantum dots layer (0D). We observed anion exchange reactions between both layers and after the equilibrium is reached, devices with better performance and stability were also obtained [4, 5]. Ex situ and in situ PL spectroscopies acquired during the formation and annealing of such interfaces with different dimensionality showed us the importance of the chemical structure of the long organic cation on formation dynamics and final composition [6].
[1] R. Szostak, A. S. Gonçalves, J. N. de Freitas, P. E. Marchezi, F. L. Araújo, H. C. N. Tolentino, M. F. Toney, F. C. Marques, A. F. Nogueira, In Situ and Operando Characterizations of Metal Halide Perovskite and Solar Cells: Insights from Lab-Sized Devices to Upscaling Processes, Chemical Reviews, 123, 6, (2023) 3160-3236
[2] R. Szostak, S. Sanchez, A. S. Marques, J. C. Silva, M. S. Holanda, A. Hagfeldt, H. C. N. Tolentino, A. F. Nogueira, "Revealing the Perovskite Film Formation Using the Gas Quenching Method by In Situ GIWAXS: Morphology, Properties, and Device Performance" , Advanced Functional Materials, 31, (2021) 2007473.
[3] M. G. D. Guaita, R. Szostak, F. M. C. da Silva, A. de Morais, R. F. Moral, T. Kodalle, V. C. Teixeira, C. M. Sutter-Fella, H. C. N. Tolentino, A. F. Nogueira, "Influence of Methylammonium Chloride on Wide-Bandgap Halide Perovskites Films for Solar Cells" , Advanced Functional Materials (online) 2023; https://doi.org/10.1002/adfm.202307104
[4] A. Sutanto, R. Szostak, N. Drigo, V. Queiroz, P. E. Marchezi, J. C. Germino, H. N. Tolentino, M. Nazeeruddin, A. F. Nogueira, G. Grancini "In Situ Analysis Reveals the Role of 2D Perovskite in Preventing Thermal-Induced Degradation in 2D/3D Perovskite Interfaces", Nano Letters, 20(5) 3992-3998 (2020)
[5] A. F. V. Fonseca, L. Scalon, B. R. C. Vale, M. G. D. Guaita, J. Bettini, Z. C. Brandão ,L. F. Zagonel, L. A. Padilha, A. F. Nogueira, "In Situ PL Tracking of Halide Exchange at 3D/ QD Heterojunction Perovskite Solar Cells", ACS Energy Letters, 9, 3177-3186 (2024)
[6] T. Kodalle, R. Moral, L. Scalon, R. Szostak, M. Abdelsamie, P. E. Marchezi, C. M. Sutter-Fella, A. F. Nogueira, "Revealing the transient formation dynamics and optoelectronic properties of 2D Ruddlesden-Popper phases on 3D perovskites" , Advanced Energy Materials, 13, 33, 2201490 (2022).
|
| | Roberto Manuel Torresi
(IQUSP)
O desenvolvimento de novos materiais para armazenamento eletroquímico de energia é uma área estratégica e
essencial para atender às crescentes demandas por sistemas energéticos mais eficientes, sustentáveis e
economicamente viáveis. Os dispositivos eletroquímicos, como baterias de íons de lítio, sódio, metal-ar, e
capacitores eletroquímicos, dependem diretamente das propriedades físico-químicas dos materiais que
compõem seus eletrodos, eletrólitos e interfaces.
Atualmente, os esforços de pesquisa têm se concentrado em
explorar materiais de alta capacidade e longa vida útil, como óxidos metálicos, materiais bidimensionais (ex.:
grafeno e MXenes), materiais de base orgânica, além de compostos híbridos e nanomateriais.
Entre os desafios, destaca-se a busca por materiais que combinem elevada densidade de energia, estabilidade
cíclica e segurança operacional. A limitação de recursos críticos, como o lítio e o cobalto, também impulsiona a
investigação de alternativas sustentáveis, como baterias baseadas em sódio, magnésio ou alumínio, que
utilizam elementos mais abundantes e de menor impacto ambiental. Outro obstáculo significativo é a
incompatibilidade química e mecânica nas interfaces sólido-sólido ou sólido-líquido, que pode levar à
degradação prematura dos dispositivos. Além disso, questões como a escalabilidade dos processos de
fabricação, o custo de produção e a reciclabilidade dos materiais precisam ser abordadas para viabilizar sua
implementação em larga escala.
Do ponto de vista tecnológico, as perspectivas são promissoras. A integração de abordagens interdisciplinares,
combinando química, física, engenharia de materiais e simulações computacionais, tem permitido avanços
significativos na síntese e caracterização de novos materiais. A utilização de inteligência artificial e machine
learning também se destaca como ferramenta poderosa para prever propriedades e otimizar combinações de
materiais. Além disso, novas configurações de dispositivos, como baterias de estado sólido e capacitores
eletroquímicos assimétricos, estão emergindo como soluções para atender às demandas por maior densidade
de energia e segurança. Assim, o desenvolvimento de materiais inovadores e sustentáveis promete não
apenas transformar os dispositivos de armazenamento eletroquímico, mas também desempenhar um papel
fundamental na transição energética global e na construção de um futuro mais sustentável.
A palestra abordará o desenvolvimento de novos materiais para armazenamento eletroquímico de energia, com
foco em materiais para eletrodos positivos e negativos, como óxidos metálicos, materiais bidimensionais e
compostos híbridos, além de avanços em eletrólitos líquidos, sólidos e híbridos. Será realizada uma discussão
comparativa entre diferentes tecnologias, como baterias de íons de lítio, sódio, metal-ar e capacitores
eletroquímicos, destacando seus desafios, limitações e perspectivas no contexto da transição energética e
sustentabilidade.
Agradecimentos: FAPESP, CNPq, CAPES
|
| | Hebe de las Mercedes Villullas
(Unesp)
Embora muito progresso tenha sido feito, a química ainda pode fazer contribuições relevantes para desenvolver nanomateriais mais eficientes para catalisar reações químicas relevantes para melhorar o desempenho de células a combustível e de eletrolisadorespara a produção de hidrogênio. Serão apresentados na Sessão Temática exemplos de como as interações de nanopartículas metálicas com suportes híbridos podem alterar a atividade catalítica de nanomateriais contendo Pd ou Ptpara as reações de redução de oxigênio, de oxidação de álcoois e de desprendimento de hidrogênio.
|
| | Tulio Matencio
(UFMG)
A apresentação abordará o papel fundamental das pilhas a combustível e do hidrogênio como soluções inovadoras e sustentáveis para os desafios energéticos globais. Através de uma visão integrada entre a eletroquímica e as tecnologias emergentes, serão explorados os princípios de funcionamento das pilhas a combustível, destacando sua eficiência e baixo impacto ambiental, com ênfase na utilização do hidrogênio como fonte de energia limpa. Serão apresentados os avanços recentes na produção, armazena-mento e aplicação do hidrogênio, além de exemplos práticos em diversas indústrias, como transporte e geração de energia. A apresentação também discutirá os benefícios ambientais, como a redução das emissões de gases de efeito estufa, e o impacto econômico da transição para tecnologias de energia limpa. Por fim, será debatido o futuro dessas tecnologias, incluindo os desafios técnicos e econômicos, e como a eletroquímica pode desempenhar um papel crucial na construção de uma matriz energética mais sustentável e inovadora. O objetivo é despertar a reflexão sobre como essas soluções podem transformar o setor energético e contribuir para um futuro mais verde e eficiente.
|
PROGRAMA
14:00 – 14:05h |
Abertura |
14:05 – 14:25h |
Nanostructured materials for clean energy: how hybrid supports can
play a role on the electroactivity of metal nanoparticles
Professora Hebe de las Mercedes (Unesp) |
14:25 – 14:45h |
Desenvolvimento de Novos Materiais para Armazenamento
Eletroquímico de Energia: Desafios e Perspectivas Tecnológicas
Professor Roberto M. Torresi (USP) |
14:45 – 15:05h |
Challenges with metal halide perovskites solar cells: what we have
learned so far
Professora Ana Flávia Nogueira (Unicamp) |
15:05 – 15:25h |
Pilhas a Combustível e Hidrogênio como Soluções Energéticas
Sustentáveis
Professor Túlio Matêncio (UFMG)
|
15:25 – 15:55h |
Perguntas aos palestrantes |
15:55 – 16:00h |
Encerramento |
|
