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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/21642
Tipo: TCC
Título: Nanocompósito de CeO2/CO3O4 derivado de MOFs como eletrocatalisador aplicado à reação de evolução do oxigênio
Autor(es): Souto Neto, Antonio Lopes de
Primeiro Orientador: Silva, Fausthon Fred da
Resumo: O gás hidrogênio (H2) tem sido apontado como uma das grandes promessas para a substituição dos combustíveis fósseis e para geração de energia limpa. Dentre diversos métodos sustentáveis de produção, a quebra da água via eletrólise é a que mais se destaca. Entretanto, para que H2 seja produzido por eletrodecomposição em larga escala, é necessário o uso de eletrocatalisadores para otimizar as semirreações, em especial, a reação de evolução do oxigênio (OER), por ter uma cinética de reação lenta e endergônica. Em alternativa aos catalisadores convencionais baseados em metais nobres (Pt, Pd, Ru e Ir), este trabalho produziu eletrocatalisadores baseado em metais de baixo custo como, cobalto e cério, utilizando Metal-Organic Frameworks (MOFs) como materiais de sacrifício. Nesse contexto, foram preparadas a MOF -Ce a partir de precursor de cério (III) e ligante succinato pelo método hidrotérmico, e ZIF-67 a partir de precursor de cobalto (II) e ligante 2-metilimidazol. O sistema MOFCe@ZIF-67 foi tratado termicamente para gerar o compósito dos óxidos CeO2/Co3O4, que foi caracterizado estrutural e quimicamente pelas técnicas de difração de raios-X, refinamento Rietveld, espectroscopia de infravermelho, e UV-vis, termogravimetria e microscopia eletrônica de varredura acoplada a energia dispersiva. Os padrões de difração indicaram a formação da fase céria/cobaltita, com estruturas cúbicas e tamanho de cristalito médio em torno de 31 nm, confirmado também pelas bandas de absorção vibracional M-O no espectro de infravermelho. O espectro UV-VIS mostra bandas relacionadas com transferência de carga e transições d-d dos íons cério e cobalto no CeO2/Co3O4, resultando em energias de banda nos valores 250-350, 450 e 725-750 nm. As imagens de MEV revelaram morfologias irregulares, com mapas de distribuição elementares homogêneos para os átomos de cobalto e cério, indicando não segregação de fases do material. Os ensaios eletroquímicos para a reação de OER mostraram um excelente sobrepotencial η = 366 mV e estabilidade em 15 horas em j = 10 mA cm -2 e eletrólito de KOH 1 mol L -1 , a inclinação de Tafel foi de 92, 6 mV dec -1 e a capacitância de dupla camada de 3,19 mF. Os resultados demonstram um desempenho igual ou superior a materiais similares já relatados na literatura.
Abstract: Hydrogen gas (H2) was pointed out as one of the great promises for replacing fossil fossils and for generating clean energy. Among several sustainable production methods, water breakdown via electrolysis stands out the most. However, for H2 to be produced by electrodecomposition on a large scale, it is necessary to use electrocatalysts to optimize as semi-reactions, in particular the oxygen evolution reaction (OER), as it has a slow kinetics and endergonic reaction. As an alternative to conventional metal-based catalysts (Pt, Pd, Ru and Ir), this work produced low-cost metal-based electrocatalysts such as cobalt and cerium, using Metal -Organic Frameworks (MOFs) as sacrificial materials. In this context, MOF-Ce was prepared from cerium (III) precursor and succinate ligand by the hydrothermal method, and ZIF -67 from cobalt (II) precursor and 2-methylimidazole ligand. The MOF-Ce@ZIF-67 system was heat treated to generate the composite of CeO2/Co3O4 oxides, which was structurally and chemically by X-ray diffraction, Rietveld refinement, infrared spectroscopy, and UV-vis, thermogravimetry and scanning electron microscopy coupled with energy dispersive. The diffraction patterns indicated the formation of the ceria/cobaltite phase, with cubic structures and crystal average size around 31 nm, also confirmed by the M-O vibrational absorption bands in the infrared spectrum. The UV-VIS spectrum shows bands related to charge transfer and d-d transitions of cerium and cobalt ions in CeO2/Co3O4, developing band energies in the values 250-350, 450 and 725-750 nm. SEM images revealed irregular morphologies, with distribution maps of homogeneous elements for cobalt and cerium atoms, indicating no phase segregation at the material. The electrochemical tests for a different OER reaction an excellent overpotential η = 366 mV and stability in 15 hours at j = 10 mA cm -2 and KOH electrolyte 1 mol L -1 , the Tafel slope was 92.6 mV dec -1 and the double-layer capacitance 3.19 mF. The results demonstrate a performance-like or superior to similar materials already reported in the literature
Palavras-chave: Céria
Cobaltita
Compósitos
Eletrocatálise
OER
Físico-química inorgânica
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Química
Tipo de Acesso: Acesso aberto
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/21642
Data do documento: 22-Nov-2021
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