Desenvolvimento de nanomateriais baseados em óxido de cério e níquel para o processo de eletro-oxidação de ureia em meio alcalino

• Autor(a) principal: Tanabe, Nássara Bárbara Mendes
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)
• Texto Completo: http://app.uff.br/riuff/handle/1/30511
• topic: Nanomaterial; Óxido de cério; Níquel; Uréia; Oxidação; Análise eletroquímica

Efluentes ricos em ureia são produzidos diariamente, porque a ureia é um composto orgânico que se encontra presente na urina humana e é produzida industrialmente como fertilizante. A ureia é capaz de se converter em amônia que é tóxica e que, posteriormente, pode ser oxida a nitratos, nitritos e óxidos nítricos. Logo, para promover o tratamento desses efluentes torna-se imprescindível o desenvolvimento de tecnologias de baixo custo. Um método promissor é a oxidação eletroquímica que apresenta a vantagem de geração de gás hidrogênio (H2), que pode ser utilizado na conversão de energia química em energia elétrica com alta eficiência e baixa emissão de poluentes em células a combustível. Nesse presente trabalho, foram sintetizados nanocubos e agulhas de céria com 5%, 10% e 20% (porcentagem molar) de níquel por dois métodos diferentes: em uma etapa pelo método hidrotermal; em duas etapas pelo método hidrotermal (utilizado na síntese das estruturas de céria) e de redução com borohidreto de sódio (utilizado para síntese de nanopartículas de níquel). O objetivo desse trabalho foi avaliar a atividade eletrocatalítica desses materiais frente a reação de eletro-oxidação de ureia em meio alcalino. A caracterização física dos materiais sintetizados foi realizada utilizando as técnicas de Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) e mapeamento por Espectroscopia em Energia Dispersiva (EDS). Adicionalmente, a técnica de Ressonância Paramagnética Eletrônica (EPR) mostrou um comportamento ferromagnético dos materiais de céria que pode estar associado a vacâncias de oxigênio. Nos experimentos de Voltametria Cíclica (VC), em relação aos materiais sintetizados em uma única etapa, a maior densidade de corrente de pico obtida para o processo de eletro-oxidação de ureia foi sobre o catalisador agulhas de Ni-CeO2/C 5%, fato provavelmente ligado a maior quantidade de níquel presente na superfície do catalisador que concede uma maior capacidade para oxidar moléculas de ureia. Além disso, não foi possível observar nenhum pico referente a oxidação da ureia para os nanocubos de Ni-CeO2, provavelmente porque o níquel encontrava-se numa região interna da céria e não em sua superfície. Em relação aos materiais sintetizados em duas etapas, a maior densidade de corrente de pico obtida para o processo de eletro-oxidação de ureia foi sobre o catalisador agulhas de Ni-CeO2/C 10%, fato que pode estar associado aos planos preferencialmente expostos. Nas agulhas, os planos preferencialmente expostos são {100} e {110}, que possuem maior capacidade de oxidação de intermediários, enquanto que nos cubos somente o plano {100} encontra-se preferencialmente exposto. A mesma tendência foi observada nos experimentos de Cronoamperometria (CA). A síntese dos materiais em duas etapas permitiu obtenção de maiores valores de densidade de corrente, tanto nos experimentos de VC quanto nos experimentos de CA.