Skip navigation

Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/34414
Tipo: Dissertação
Título: Influência da estrutura cristalina e da temperatura na obtenção de CeO2 derivado de metal-organic frameworks e seu desempenho eletrocatalítico na OER
Autor(es): Souto Neto, Antonio Lopes de
Primeiro Orientador: Silva, Fausthon Fred da
Primeiro Coorientador: Maia, Ary da Silva
Resumo: A demanda global por energia está crescendo devido à expansão econômica e ao aumento populacional, enfrentando desafios climáticos causados pelos gases de efeito estufa (GEE). O hidrogênio é uma alternativa sustentável, especialmente quando produzido por "water splitting", mas este processo é energeticamente custoso. Para viabilizar a produção de hidrogênio verde, é necessário desenvolver eletrocatalisadores econômicos e eficientes. O CeO2 é promissor como eletrocatalisador devido à sua capacidade de modulação de carga e exploração de defeitos estruturais. Combinado com estruturas metal-orgânicas (MOFs), que modulam a área superficial e a porosidade, pode-se criar eletrocatalisadores eficientes. Este estudo obteve partículas puras de CeO2 a partir de duas Ce-MOFs baseadas no ligantes 1,4-bezenodicarboxílico (BDC) e 1,3,5-benzenotricarboxílico (BTC), comprovados por análises de DRX. Técnicas como espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X e espectroscopia de absorção molecular na região do infravermelho indicaram a presença de carbono residual, e a análise termogravimétrica verificou a estabilidade térmica das MOFs até sua transformação completa em CeO2. Imagens de microscopia eletrônica de varredura mostraram que as MOFs mantêm morfologias semelhantes após tratamento térmico, embora com maior aglomeração. A microscopia eletrônica de transmissão em alta resolução verificou o tamanho nanométrico das partículas. Nos ensaios de evolução de oxigênio, os testes eletroquímicos com voltametria de varredura linear em KOH 1 M mostram melhor valor de sobrepotencial na densidade de corrente de 10 mA cm-2 de 316 mV e inclinação favorável de Tafel de 52,80 mV dec-1 para CeBTC calcinada em temperatura de 700°C. Enquanto os dados cinéticos realizados a 1,5 V vs. ERH, através da espectroscopia de impedância eletroquímica mostraram resistência de solução eletrolítica e de transferência de carga de 0,39 e 18,1 Ω, respectivamente, e capacitância de dupla camada de 67,8 mF. Os resultados expostos neste trabalho, indicam uma eficiência superior comparada a materiais de CeO2 puro previamente reportados. Além disso, a cronopotenciometria demonstrou ótima estabilidade dos óxidos ao longo de 24 horas.
Abstract: Global energy demand is growing due to economic expansion and population growth, facing climate challenges caused by greenhouse gases (GHG). Hydrogen is a sustainable alternative, especially when produced by water splitting, but this process is energy-intensive. To make green hydrogen production viable, it is necessary to develop cost-effective and efficient electrocatalysts. CeO2 is promising as an electrocatalyst due to its ability to modulate charge and exploit structural defects. Combined with metal-organic frameworks (MOFs), which modulate surface area and porosity, efficient electrocatalysts can be created. This study obtained pure CeO2 particles from two Ce-MOFs based on 1,4-benzenedicarboxylic acid (BDC) and 1,3,5-benzenetricarboxylic acid (BTC) ligands, verified by XRD analysis. Techniques such as X-ray photoelectron spectroscopy and infrared molecular absorption spectroscopy indicated the presence of residual carbon, and thermogravimetric analysis verified the thermal stability of the MOFs until their complete transformation into CeO2. Scanning electron microscopy images showed that the MOFs maintain similar morphologies after heat treatment, although with greater agglomeration. High-resolution transmission electron microscopy verified the nanometric size of the particles. In the oxygen evolution tests, electrochemical tests with linear sweep voltammetry in 1 M KOH show a better overpotential value at a current density of 10 mA cm-2 of 316 mV and a favorable Tafel slope of 52.80 mV dec-1 for CeBTC calcined at a temperature of 700°C. While the kinetic data performed at 1.5 V vs. ERH, through electrochemical impedance spectroscopy, showed electrolytic solution resistance and charge transfer resistance of 0.39 and 18.1 Ω, respectively, and double layer capacitance of 67.8 mF. The results presented in this work indicate a superior efficiency compared to previously reported pure CeO2 materials. In addition, chronopotentiometry demonstrated excellent stability of the oxides over 24 hours.
Palavras-chave: Química
Water splitting
Eletrocatalisador
Céria
Óxido de cério
CeO2
MOFs
OER
Hidrogênio verde
Electrocatalyst
Ceria
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Química
Programa: Programa de Pós-Graduação em Química
Tipo de Acesso: Acesso aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
URI: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/34414
Data do documento: 27-Set-2024
Aparece nas coleções:Centro de Ciências Exatas e da Natureza (CCEN) - Programa de Pós-Graduação em Química

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
AntonioLopesDeSoutoNeto_Dissert.pdf7,64 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


Este item está licenciada sob uma Licença Creative Commons Creative Commons