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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/30443
Tipo: TCC
Título: Impacto do Polimorfismo das estruturas Metal-Orgânicas nas propriedades eletrocatalíticas do CeO2 na Reação de Evolução do Oxigênio
Autor(es): Mendes, Nicolle Pauline de Araújo
Primeiro Orientador: Silva, Fausthon Fred da
Resumo: Uma das alternativas mais promissoras para a geração de energia limpa é a utilização do Hidrogênio gasoso (H2) produzido a partir da quebra de água através da eletrólise. A eletrólise da água consiste em duas semirreações: a Reação de Evolução de Hidrogênio (HER) e a Reação de Evolução do Oxigênio (OER), sendo esta última descrita por uma cinética lenta, impossibilitando a produção de hidrogênio em larga escala. Portanto, é indispensável a utilização de eletrocatalisadores que potencializam a eletrodecomposição da água. Este trabalho sintetizou dois eletrocatalisadores baseados em cério (Ce) devido ao menor custo e abundância em comparação com os eletrocatalisadores usuais baseados em metais nobres como Pt, Ru, Ir e Pd. Foi empregado como percursor desses materiais Metal-Organic-Frameworks (MOFs). Diante disso, foram sintetizadas duas MOFs-Ce, uma via método hidrotérmico (MOFCe (H)) e outra a temperatura ambiente (MOF-Ce (TA)) usando o ligante succinato e percursor de cério (III). Ambas as MOFs foram tratadas termicamente para produzir Óxidos de cério (CeO2) caracterizados quimicamente e estruturalmente por difração de raios-X com refinamento Rietveld, espectroscopia UV-Vis, espectroscopia Raman, espectroscopia de infravermelho, XPS e microscopia eletrônica de varredura. Os padrões de difração mostraram o tamanho médio de cristalito e a estrutura cristalina dos óxidos de cério, também confirmada pelos espectros de infravermelho que indicou as bandas de absorção M-O. A análise química de superfície foi realizada por espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS). Os espectros UV-vis exibiram a banda de transferência de carga ligante-metal. Os espectros Raman, indicaram os três sinais associados aos modos ativos do óxido de cério. As imagens de MEV evidenciaram morfologias irregulares. As análises eletroquímicas demonstraram sobrepotenciais de η= 326 mV (CeO2 (H)) e η=319 mV (CeO2 (TA)) em j= 10 mA cm-2 e eletrólito de KOH 1 mol L-1 , as inclinações de Tafel foram de 58,92 mV dec-1 (CeO2 (H)) e 62,25 mV dec-1 (CeO2 (TA)) e capacitância da dupla camada elétrica de 12,28 mF (CeO2 (H)) e 16,92 mF (CeO2 (TA)). A cronopotenciometria indicou estabilidade em 24 horas. A EIS constatou menor resistência ôhmica para o eletrocatalisador (CeO2 (TA)). Os resultados revelaram que os eletrocatalisadores, sobretudo o CeO2 (TA), apresentaram excelente desempenho em relação a materiais já referidos na literatura.
Abstract: One of the most promising alternatives for generating clean energy is the use of gaseous Hydrogen (H2) produced by water splitting electrolysis. Water electrolysis consists of two half-reactions: the Hydrogen Evolution Reaction (HER) and the Oxygen Evolution Reaction (OER), the latter being known by slow kinetics, making large-scale hydrogen production less viable. Therefore, it is essential to use electrocatalysts to enhance the water splitting. Thus, this work synthesized two electrocatalysts based on cerium (Ce) due to lower cost and high abundance compared to noble metal based electrocatalysts like Pt, Ru, Ir and Pd. Metal-Organic-Frameworks (MOFs) were used as template to produce the materials. Therefore, two MOFs-Ce were synthesized, one via the hydrothermal method (MOF-Ce (H)) and the other at room temperature (MOFCe (RT)) using the succinate ligand and cerium (III) precursor. Both MOFs were calcined to obtain Cerium Oxides (CeO2) characterized by X-ray diffraction with Rietveld refinement, UV-vis spectroscopy, Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, XPS and scanning electron microscopy. The diffraction patterns showed the average crystallite size and the crystalline structure of the cerium oxides, also identified by the infrared spectra that indicated the M-O absorption bands. A surface chemical analysis was performed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The UV–vis spectra exhibited a ligand-to-metal charge transfer band. Raman spectra indicated the three signals associated with the active modes of cerium oxide. The SEM images showed irregular morphologies. Electrochemical analyzes revealed overpotentials of η= 326 mV (CeO2 (H)) and η=319 mV (CeO2 (RT)) at j= 10 mA cm-2 and 1 mol L-1 KOH electrolyte, the Tafel slopes were 58.92 mV dec-1 (CeO2 (H)) and 62.25 mV dec-1 (CeO2 (RT)) and electrical double layer capacitance of 12.28 mF (CeO2 (H)) and 16.92 mF (CeO2 (RT)). Chronopotentiometry indicated stability within 24 hours. The EIS showed lower ohmic resistance to the CeO2 (RT) electrocatalyst. The results revealed that the electrocatalysts, mainly CeO2 (RT), presented excellent performance in relation to the materials already mentioned in the literature.
Palavras-chave: Óxido de cério
Metal Organic Frameworks - MOFs
Eletrocatálise
Oxygen Evolution Reaction - OER
Reação de evolução de oxigênio
Química
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
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/123456789/30443
Data do documento: 10-Mai-2024
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