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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36599| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Nanofibras de óxidos mistos de cobalto e manganês obtidas por solution blow spinning (SBS) como catalisadores para reação de evolução de oxigênio |
| Autor(es): | Pereira, Thiago Oliveira |
| Primeiro Orientador: | Dutra, Ricardo Peixoto Suassuna |
| Segundo Orientador: | Raimundo, Rafael Alexandre |
| Primeiro Coorientador: | Torres, Marco Antonio Morales |
| Resumo: | Os impactos ambientais decorrentes do uso indiscriminado de combustíveis fósseis têm impulsionado a busca por fontes de energia com baixa emissão de carbono. Nesse cenário, o hidrogênio verde, obtido pela eletrólise da água utilizando eletricidade proveniente de fontes renováveis, surge como uma solução promissora para a descarbonização de setores industriais, como a produção de amônia e aço. No entanto, ambas as semirreações envolvidas na eletrólise da água requerem catalisadores eficientes, cujos materiais de referência são geralmente caros e escassos. Visando alternativas mais acessíveis e abundantes, óxidos à base de cobalto e manganês (Co3O4, MnCo2O4 e CoMn2O4), com morfologia de nanofibras, foram sintetizados por meio da técnica de solution blow spinning (SBS) e avaliados como eletrocatalisadores para a reação de evolução de oxigênio (OER). As propriedades estruturais, morfológicas e superficiais dos materiais foram investigadas por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura com emissão de campo (FESEM), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia Raman e espectroscopia de fotoelétrons por raios X (XPS). Os resultados obtidos por DRX, FTIR e Raman mostraram-se coerentes com os dados reportados na literatura, validando a síntese e caracterização dos materiais. A caracterização eletroquímica para a OER, conduzida em eletrólito de KOH 1,0 M, revelou que as amostras de CoMn2O4, MnCo2O4 e Co3O4 apresentaram sobretensões de 330, 348 e 375 mV, respectivamente, para atingir uma densidade de corrente de 10 mA cm−2. Ensaios de voltametria cíclica e espectroscopia de impedância eletroquímica corroboraram esses resultados. Os eletrodos mostraram excelente estabilidade, mantendo o desempenho por até 20 h de operação contínua. A análise detalhada da química superficial através de XPS evidenciou que as amostras com maior concentração de vacâncias de oxigênio apresentaram transferência de carga aprimorada e maior concentração de espécies de Mn reduzido, favorecendo a eletrocatálise. Esses resultados evidenciam o potencial do uso de cobalto e manganês na produção de catalisadores para OER. |
| Abstract: | The environmental impacts resulting from the indiscriminate use of fossil fuels have driven the search for low-carbon energy sources. In this context, green hydrogen, produced via water electrolysis powered by electricity from renewable sources, emerges as a promising solution for decarbonizing industrial sectors such as ammonia and steel production. However, both half-reactions involved in water electrolysis require efficient catalysts, and the benchmark materials are typically expensive and scarce. Seeking more accessible and abundant alternatives, cobalt- and manganese-based oxides (Co3O4, MnCo2O4, and CoMn2O4), with nanofiber morphology were synthesized via solution blow spinning (SBS) and evaluated as electrocatalysts for the oxygen evolution reaction (OER). The structural, morphological, and surface properties of the materials were investigated using X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FESEM), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The XRD, FTIR, and Raman results were consistent with those reported in the literature, validating the synthesis and characterization of the materials. Electrochemical characterization for the OER, conducted in 1,0 M KOH electrolyte, revealed that the CoMn2O4, MnCo2O4, and Co3O4 samples exhibited overpotentials of 330, 348, and 375 mV, respectively, to reach a current density of 10 mA cm−2. Cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy further corroborated these findings. The electrodes demonstrated excellent stability, maintaining their performance for up to 20 hours of continuous operation. Detailed surface chemistry analysis via XPS showed that samples with a higher concentration of oxygen vacancies exhibited enhanced charge transfer and higher concentration of reduced Mn species, facilitating the electrocatalysis. These results highlight the potential of cobalt and manganese as viable materials for OER catalyst development. |
| Palavras-chave: | Nanotecnologia. Conversão de energia Hidrogênio verde Óxido de cobalto Energy conversion Green hydrogen Spinel Cobalt oxide |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
| Sigla da Instituição: | UFPB |
| Departamento: | Engenharia de Materiais |
| Programa: | Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais |
| 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/123456789/36599 |
| Data do documento: | 16-Jun-2025 |
| Aparece nas coleções: | Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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