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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36933| Tipo: | Tese |
| Título: | Avaliação de parâmetros sintéticos na preparação de eletrocatalisadores para OER utilizando a ZIF-67 como molde de síntese |
| Autor(es): | Lourenço, Annaíres de Almeida |
| Primeiro Orientador: | Silva, Fausthon Fred da |
| Resumo: | A crescente demanda por fontes de energia limpas e sustentáveis impulsiona o desenvolvimento de tecnologias que permitam a produção de hidrogênio verde. A produção do mesmo via eletrodecomposição da água é uma via favorável ao meio ambiente, mas conta com um elevado gasto energético devido, principalmente, a semirreação OER (Reação de Evolução do Oxigênio). Deste modo, o uso de eletrocatalisadores é essencial para a viabilização desta reação. Diversas composições, morfologias e estruturas de catalisadores já foram testados, e os óxidos são bastante promissores. O uso de ZIFs para obtenção de óxidos tem se mostrado uma boa rota de síntese, no qual mudanças na rota de síntese geram diferentes materiais. Neste contexto, esta tese relata a investigação de parâmetros sintéticos (metais, sais precursores e temperatura de calcinação) na produção de materiais utilizando a ZIF-67 como molde de síntese, e aplicação desses derivados da ZIF-76 como eletrocatalisadores na OER. A ZIF-67 foi modificada por meio da impregnação de Fe, Ni, Mn e Zn, utilizando diferentes contra-íons dos sais metálicos (sulfato, cloreto e nitrato) seguida da calcinação a 260, 350 e 500°C em atmosfera oxidante, afim de encontrar a rota sintética mais eficaz. Os materiais foram caracterizados por técnicas estruturais, morfológicas, térmicas e espectroscópicas, e avaliados quanto ao desempenho eletrocatalítico. Os resultados demonstraram a presença de bandas características de sulfato, tanto após a impregnação quanto após calcinação (caso de modificação com sais de sulfato), além de banda característica da ZIF-67 e da estrutura espinélio Co3O4, para todos os materiais sintetizados. A impregnação com sais de sulfato se mostrou a mais benéfica para ação na OER, enquanto as de nitrato foram menos eficientes, além disso, as temperaturas mais baixas levaram a sobrepotenciais menores. As análises eletroquímicas demonstraram um melhor desempenho eletrocatalítico para ZIF-67/Fe-S(350), com sobrepotencial de 237 mV, para produzir uma densidade de corrente de 10 mA cm-2, usando KOH 1 mol/L como eletrólito (sendo η = 289 mV, para 100 mA cm-2), mantendo o valor de η = 269 mV após 500 ciclos de CV. |
| Abstract: | The growing demand for clean and sustainable energy sources drives the development of technologies that enable green hydrogen production. Hydrogen generation via water electrolysis is an environmentally friendly route; however, it requires high energy input, mainly due to the Oxygen Evolution Reaction (OER) semi-reaction. Therefore, the use of electrocatalysts is essential to make this reaction feasible. A variety of catalyst compositions, morphologies, and structures have already been tested, with metal oxides standing out as particularly promising. The use of Zeolitic Imidazolate Frameworks (ZIFs) for the synthesis of oxides has proven to be an effective route, in which modifications to the synthetic pathway result in distinct materials. In this context, this thesis reports the investigation of synthetic parameters (metals, precursor salts, and calcination temperature) in the production of materials using ZIF-67 as a synthesis template and the application of ZIF-67-derived materials as electrocatalysts for the OER. ZIF-67 was modified via impregnation with Fe, Ni, Mn, and Zn, using different counter-ions from the metal salts (sulfate, chloride, and nitrate), followed by calcination at 260, 350, and 500 °C in an oxidizing atmosphere to identify the most effective synthetic route. The materials were characterized using structural, morphological, thermal, and spectroscopic techniques, and evaluated for their electrocatalytic performance. The results revealed the presence of characteristic sulfate bands, both after impregnation and post-calcination (in the case of modification with sulfate salts), as well as bands attributed to ZIF-67 and the spinel structure of Co₃O₄ in all synthesized materials. Impregnation with sulfate salts proved to be the most beneficial for enhancing OER activity, while the nitrate-derived materials exhibited inferior performance. Additionally, lower calcination temperatures resulted in more favorable overpotentials. Electrochemical analyses indicated that the ZIF-67/Fe-S(350) catalyst exhibited the best electrocatalytic performance, with an overpotential of 237 mV to achieve a current density of 10 mA cm⁻², on eletrolyte KOH 1 mol/L (η = 289 mV for 100 mA cm⁻²), maintaining η = 269 mV after 500 cyclic voltammetry (CV) cycles. |
| Palavras-chave: | OER ZIF-67 Eletrocatálise Parâmetros sintéticos Electrocatalysis Synthetic parameters |
| 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/123456789/36933 |
| Data do documento: | 18-Jul-2025 |
| Aparece nas coleções: | Centro de Ciências Exatas e da Natureza (CCEN) - Programa de Pós-Graduação em Química |
Arquivos associados a este item:
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