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Tipo: Tese
Título: DESENVOLVIMENTO DE CATALISADORES PARA AS REAÇÕES DE REDUÇÃO E DESPRENDIMENTO DE OXIGÊNIO USANDO COMBINAÇÕES DE ÓXIDOS DE COBALTO, NÍQUEL E PLATINA SUPORTADOS OU NÃO EM NANOFITAS DE GRAFENO
Autor(es): LETICIA SIQUEIRA BEZERRA
Primeiro orientador: Gilberto Maia
Resumo: Com o intuito de atender às necessidades energéticas da sociedade há um esforço contínuo na busca por uma geração de energia limpa, eficiente e sustentável. Entre diversas tecnologias existentes, as células a combustíveis e eletrolisadores desempenham um papel fundamental, mas dependem da catálise eficiente das reações de redução de oxigênio (RRO) e desprendimento de oxigênio (RDO). Catalisadores baseados em metais como a Pt, Ru e Ir são normalmente utilizados nesses dispositivos, mas apresentam desvantagens como escassez e custo elevado. Assim, um enorme esforço tem sido dedicado à busca por catalisadores de baixo custo, eficientes e robustos para a RRO e RDO, e a fim de substituir metais nobres ou reduzir seu uso os metais de transição têm demonstrado uma performance promissora na catálise de ambas as reações. Este trabalho buscou desenvolver catalisadores eficientes para a RRO e RDO baseados na combinação dos metais Co, Ni e Pt suportados ou não em nanofitas de grafeno (NFGs). Os nanocompósitos CoNi/NFG e PtCoNi/NFG bem como as nanopartículas de NiCo2O4 exibiram distribuição uniforme dos metais na superfície e estabilidade em soluções fortemente alcalinas. Entre os eletrocatalisadores investigados, o PtCoNi/NFG foi considerado o melhor e mais estável catalisador da RRO, com baixa produção de peróxido e seguindo preferencialmente a via de 4 elétrons. A presença das espécies Pt0 e Pt2+ suportadas no nanocompósito CoNi/NFG, os efeitos sinérgicos entre a Pt e os íons Co2+, Co3+, Ni2+, Ni3+ bem como a interação metal/suporte promoveram uma melhora das propriedades catalíticas do catalisador. O eletrodo modificado PtCoNi/NFG’ foi produzido utilizando baixos teores de Pt (22.5 μg cm–2) e exibiu comportamento comparável a Pt(20%)/C. Para a RDO o NiCo2O4 foi considerado o melhor e mais estável catalisador. Suas nanopartículas de aproximadamente 20 nm, contendo os íons Co2+, Co3+, Ni2+ e Ni3+ intercalados nas nanoestruturas e o efeito sinérgico entre as espécies foram responsáveis pelas propriedades eletrocatalíticas satisfatórias, com produção majoritária de OH– ao final da reação. Ainda, o uso de diferentes suportes revelou a atividade intrínseca do NiCo2O4, resultando em eficiência faradáica da RDO próxima a 80% quando o eletrodo de Au foi utilizado como suporte para o NiCo2O4.
Abstract: In order to attend the society energy needs there is a continuum effort in the search for clean, efficient and sustainable energy generation. Among several existing technologies, fuel cells and electrolyzers play a fundamental role, but depend on the efficient catalysis of oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER). Pt, Ru and Ir–based catalysts are normally used in these devices, although they present disadvantages like high–cost and scarcity. Therefor a huge effort has been devoted to the search for low–cost, efficient and robust catalysts for ORR and OER, and in order to replace noble metals or to reduce their use, transition metals have shown a promising performance in the catalysis of both reactions. This work sought to develop efficient ORR and OER catalysts based on Co, Ni and Pt combinations whether supported or not in graphene nanoribbons (GNRs). CoNi/GNR and PtCoNi/GNR nanocomposites as well as NiCo2O4 nanoparticles exhibited uniform distribution of metals on the surface and stability in strongly alkaline solutions. Among the investigated electrocatalysts, PtCoNi/GNR was the best and the most stable ORR catalyst, with low peroxide production mainly following the 4 electrons pathway. The presence of Pt0 and Pt2+ species supported in the CoNi/GNR nanocomposite, the synergistic effects between Pt and the Co2+, Co3+, Ni2+, Ni3+ ions as well as the metal/support interactions promoted an improvement in the catalytic properties of the catalyst. The modified electrode PtCoNi/GNR’ was produced with low content of Pt (22.5 μg cm–2) and displayed a behavior comparable to Pt(20%)/C. On the other hand, NiCo2O4 was found to be the best and most stable OER catalyst. Its nanoparticles of approximately 20 nm, with Co2+, Co3+, Ni2+ e Ni3+ ions intercalated across the nanostructures as well as the synergistic effects between the species were responsible for suitable electrocatalytic properties, with major OH– production at the end of the reaction. Besides, the use of different support electrodes revealed the intrinsic activity of NiCo2O4, resulting in OER faradaic efficiency close to 80% when the Au electrode was used as support to NiCo2O4.
Palavras-chave: eletrocatálise
óxidos metálicos
conversão de energia.
País: Brasil
Editor: Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul
Sigla da Instituição: UFMS
Tipo de acesso: Acesso Restrito
URI: https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/3932
Data do documento: 2021
Aparece nas coleções:Programa de Pós-graduação em Química

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