Obtenção de sulfetos metálicos (M= Ni, Mo) pelo método solvotermal assistido por micro-ondas aplicados na reação de desprendimento de hidrogênio
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Source: | Repositório Institucional da UFSCAR |
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Summary: | In general, transition metal sulfides show good activity in the Hydrogen Evolution Reaction (HER). Some of these metals, such as Mo and Ni, arouse interest in the area of electrocatalysis, since they are more abundant and very cheap than Platinum (Pt). For this hydrogen production route to be viable, we need to develop new materials that are active and stable and capable of replacing Pt. This thesis addresses the obtaining of Ni and Mo sulfides with different sulfur precursors or combined nanostructures of these two sulfides obtained by the microwave-assisted solvothermal method for application in the HER in alkaline and acid medium. The electrochemical activity was evaluated by linear sweep voltammetry curves in the cathodic direction, Tafel plots and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Stability was assessed by chronoamperometry or cyclic voltammetry. The nickel sulfide phases (h-NiS and o-Ni9S8) obtained from Tioureia and 1-dodecanoltiol at 200 ° C showed respectively overpotential (η) of -230 and -260 mV to deliver a current density of 10 mA cm-2 in 1M NaOH. The molybdenum sulfides (MoS2) obtained from 1-dodecanethiol and ammonium tetratiomolybdate at 260 °C showed η = -282 and η = -215 mV respectively to deliver 10 mA cm-2 in 0.5 M H2SO4. For the h-NiS/MoS2 composites, the best performances were observed for the largest coverage of the MoS2 sheets with h-NiS nanoparticles (h NiS/MoS2 5:1 and h NiS/MoS2-TTMA 5:1 composites), showing η = -193 mV and η = -150 mV respectively to deliver 10 mA cm-2. The MoS2/RGO 175/20 m/m composite showed η = -181 mV to deliver 10 mA cm-2 to the HER in 0.5 M H2SO4. Tafel slopes between 40 and 120 mV/dec indicate the Volmer-Heyrovsky mechanism for all materials. The results obtained demonstrate that the microwave method was efficient to obtain the phases of nickel sulfide and molybdenum sulfide from different sulfur precursors, and the activities displayed by the materials are of values close to the best ones already reported. |
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Silva, Mitchell González Soares daLeite, Edson Robertohttp://lattes.cnpq.br/1025598529469393http://lattes.cnpq.br/20143707479630272021-01-04T11:34:54Z2021-01-04T11:34:54Z2020-03-27SILVA, Mitchell González Soares da. Obtenção de sulfetos metálicos (M= Ni, Mo) pelo método solvotermal assistido por micro-ondas aplicados na reação de desprendimento de hidrogênio. 2020. Tese (Doutorado em Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2020. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/13610.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/13610In general, transition metal sulfides show good activity in the Hydrogen Evolution Reaction (HER). Some of these metals, such as Mo and Ni, arouse interest in the area of electrocatalysis, since they are more abundant and very cheap than Platinum (Pt). For this hydrogen production route to be viable, we need to develop new materials that are active and stable and capable of replacing Pt. This thesis addresses the obtaining of Ni and Mo sulfides with different sulfur precursors or combined nanostructures of these two sulfides obtained by the microwave-assisted solvothermal method for application in the HER in alkaline and acid medium. The electrochemical activity was evaluated by linear sweep voltammetry curves in the cathodic direction, Tafel plots and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Stability was assessed by chronoamperometry or cyclic voltammetry. The nickel sulfide phases (h-NiS and o-Ni9S8) obtained from Tioureia and 1-dodecanoltiol at 200 ° C showed respectively overpotential (η) of -230 and -260 mV to deliver a current density of 10 mA cm-2 in 1M NaOH. The molybdenum sulfides (MoS2) obtained from 1-dodecanethiol and ammonium tetratiomolybdate at 260 °C showed η = -282 and η = -215 mV respectively to deliver 10 mA cm-2 in 0.5 M H2SO4. For the h-NiS/MoS2 composites, the best performances were observed for the largest coverage of the MoS2 sheets with h-NiS nanoparticles (h NiS/MoS2 5:1 and h NiS/MoS2-TTMA 5:1 composites), showing η = -193 mV and η = -150 mV respectively to deliver 10 mA cm-2. The MoS2/RGO 175/20 m/m composite showed η = -181 mV to deliver 10 mA cm-2 to the HER in 0.5 M H2SO4. Tafel slopes between 40 and 120 mV/dec indicate the Volmer-Heyrovsky mechanism for all materials. The results obtained demonstrate that the microwave method was efficient to obtain the phases of nickel sulfide and molybdenum sulfide from different sulfur precursors, and the activities displayed by the materials are of values close to the best ones already reported.Os sulfetos de metais de transição de uma forma geral apresentam boa atividade na Reação de Desprendimento de Hidrogênio (RDH). Alguns desses metais como Mo e Ni despertam interesse na área de eletrocatálise por serem mais abundantes e bem baratos que a Platina (Pt). Para que a produção de hidrogênio por essa rota seja viável, é preciso que desenvolvamos novos materiais que sejam ativos e estáveis capazes de substituir a Pt. Esta tese aborda a obtenção de sulfetos de Ni e de Mo com diferentes precursores de enxofre ou nanoestruturas combinadas desses dois sulfetos obtidos pelo método solvotermal assistido por micro-ondas para aplicação na RDH em meio alcalino e em meio ácido. A atividade eletroquímica foi avaliada por curvas de voltametria de varredura linear no sentido catódico, diagramas de Tafel e por espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). A estabilidade foi avaliada por cronoamperometria ou por voltametria cíclica. As fases de sulfetos de níquel (h-NiS e o-Ni9S8) obtidas a partir de Tioureia e 1-dodecanoltiol a 200 °C apresentaram respectivamente sobrepotenciais (η) de -230 e -260 mV para entregar uma densidade de corrente de 10 mA cm-2 em NaOH 1M. Os sulfetos de molibdênio (MoS2) obtidos a partir 1 dodecanotiol e tetratiomolibdato de amônio a 260 °C apresentaram η= -282 e η= -215 mV respectivamente para entregar 10 mA cm-2 em H2SO4 0,5 M. Para os compósitos h-NiS/MoS2, os melhores desempenhos foram observados para o maior recobrimento das folhas de MoS2 com as nanopartículas de h-NiS (compósitos h NiS/MoS2 5:1 e h NiS/MoS2-TTMA 5:1), apresentando η= -193 mV e η= -150 mV respectivamente para entregar 10 mA cm-2. O compósito MoS2/OGR 175/20 m/m apresentou η= -181 mV para entregar 10 mA cm-2 na RDH em H2SO4 0,5 M. As inclinações de Tafel entre 40 e 120 mV/dec indicam o mecanismo Volmer-Heyrovsky para todos os materiais. Os resultados obtidos demonstram que o método de micro-ondas foi eficiente para a obtenção das fases de sulfeto de níquel e de molibdênio a partir de diferentes precursores de enxofre e as atividades exibidas são de valores próximos dos melhores já reportados.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)CNPq: 141680/2015-6porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessMicro-ondasSulfetos metálicosRDHEletrocatáliseMicrowaveMetal sulfidesHERElectrocatalysisCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICAObtenção de sulfetos metálicos (M= Ni, Mo) pelo método solvotermal assistido por micro-ondas aplicados na reação de desprendimento de hidrogênioObtaining metal sulfides (M = Ni, Mo) by the solvotermal method assisted by microwave applied in the hydrogen evolution reactioninfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTese Doutorado_Mitchell_PPGQ_final_folha de aprovação.pdfTese Doutorado_Mitchell_PPGQ_final_folha de aprovação.pdfArquivo final da tese com folha de aprovação onlineapplication/pdf7485768https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/13610/3/Tese%20Doutorado_Mitchell_PPGQ_final_folha%20de%20aprova%c3%a7%c3%a3o.pdf83273da1968491c7b31442146bb649b4MD53Declaração Edson Leite.pdfDeclaração Edson Leite.pdfCarta comprovante da versão finalapplication/pdf158168https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/13610/4/Declara%c3%a7%c3%a3o%20Edson%20Leite.pdf9a2a6b2fbd1bb2187af781150df7081eMD54CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/13610/5/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD55TEXTTese Doutorado_Mitchell_PPGQ_final_folha de aprovação.pdf.txtTese Doutorado_Mitchell_PPGQ_final_folha de aprovação.pdf.txtExtracted texttext/plain175581https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/13610/6/Tese%20Doutorado_Mitchell_PPGQ_final_folha%20de%20aprova%c3%a7%c3%a3o.pdf.txt0fbbe75e614ddc4053f267996db7e743MD56Declaração Edson Leite.pdf.txtDeclaração Edson Leite.pdf.txtExtracted texttext/plain1https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/13610/8/Declara%c3%a7%c3%a3o%20Edson%20Leite.pdf.txt68b329da9893e34099c7d8ad5cb9c940MD58THUMBNAILTese Doutorado_Mitchell_PPGQ_final_folha de aprovação.pdf.jpgTese Doutorado_Mitchell_PPGQ_final_folha de aprovação.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg10262https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/13610/7/Tese%20Doutorado_Mitchell_PPGQ_final_folha%20de%20aprova%c3%a7%c3%a3o.pdf.jpg31ef5b3d73c922974f1b6b5ea930c757MD57Declaração Edson Leite.pdf.jpgDeclaração Edson Leite.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg10463https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/13610/9/Declara%c3%a7%c3%a3o%20Edson%20Leite.pdf.jpgc0b1540ba3aa2cffd888d6f12f6c27a7MD59ufscar/136102021-01-05 03:13:05.313oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/13610Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222021-01-05T03:13:05Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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