Desenvolvimento de nanofibras eletrocatalíticas por Solution Blow Spinning para a reação de evolução do oxigênio

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Vinícius Dias
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB
Texto Completo: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/15384
Resumo: Hydrogen (H2) as fuel has been considered as the most promising source of renewable energy to meet growing global demand. Among H2 production methods, water splitting can produce high purity H2 and in a sustainable way. This occurs through two half reactions, that is the Hydrogen Evolution Reaction (HER) and the Oxygen Evolution Reaction (OER). However, the OER is a slow reaction due to the various steps involved in the process. For this reason, there is a great call for the development of nanocatalysts based on earth-abundant metals (Ni, Cu, Co, Fe, Ca) for the OER. Among the most varied types of nanostructures, nanofibers (one-dimensional structures, 1D) are presented as efficient supports for catalysis due to their high surface area. In this work, Solution Blow Spinning (SBS) method was used to produce solid and hollow nanofibers of some metal oxides (Ca3Co4O9-δ, NiO, CuFe2O4, CoFe2O4 e NiFe2O4) based on non-noble metals with potential to be used as electrocatalysts of the OER in alkaline medium. A series of morphological, structural, elemental and electrochemical characterization techniques were performed to provide detailed compression on the influence of morphological parameters on the performance of each catalyst. Hollow fibers with average diameter on range 200 - 257 nm and highly rough surface were obtained. It was observed that the performance for the OER is dependent on the morphological characteristics of these materials (diameter, crystallite size, tubular wall thickness and roughness). With superior activity to 1D, 2D and 3D materials of the same composition reported in the literature. From general results, when compared with nanoparticles, it was concluded that the structure of the fibrillar morphology of nickel-oxide puts an important rule in the overall performance of the electrocatalyst. Also influenced by route of synthesis, which contributed to the formation of a greater amount of active species for the OER on the surface of electrode, reflecting directly in the electrochemically active area (ECSA).
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In this work, Solution Blow Spinning (SBS) method was used to produce solid and hollow nanofibers of some metal oxides (Ca3Co4O9-δ, NiO, CuFe2O4, CoFe2O4 e NiFe2O4) based on non-noble metals with potential to be used as electrocatalysts of the OER in alkaline medium. A series of morphological, structural, elemental and electrochemical characterization techniques were performed to provide detailed compression on the influence of morphological parameters on the performance of each catalyst. Hollow fibers with average diameter on range 200 - 257 nm and highly rough surface were obtained. It was observed that the performance for the OER is dependent on the morphological characteristics of these materials (diameter, crystallite size, tubular wall thickness and roughness). With superior activity to 1D, 2D and 3D materials of the same composition reported in the literature. From general results, when compared with nanoparticles, it was concluded that the structure of the fibrillar morphology of nickel-oxide puts an important rule in the overall performance of the electrocatalyst. Also influenced by route of synthesis, which contributed to the formation of a greater amount of active species for the OER on the surface of electrode, reflecting directly in the electrochemically active area (ECSA).Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO hidrogênio (H2) como combustível tem sido considerado como a mais promissora fonte de energia renovável para suprir a crescente demanda global. Entre os métodos de produção do H2, a eletrólise da água (water splitting, em inglês) é capaz de produzir H2 de alta pureza e de forma sustentável. Isso ocorre através de duas semi-reações, ou seja, a Reação de Evolução do Hidrogênio (HER) e a Reação de Evolução do Oxigênio (OER). No entanto, a OER é uma reação lenta devido às várias etapas envolvidas no processo. Por esse fato, há um grande apelo para o desenvolvimento de nanocatalisadores à base de metais abundantes na terra (Ni, Cu, Co, Fe, Ca) para a OER. Dentre os mais variados tipos de nanoestruturas, as nanofibras (estruturas unidimensionais, 1D) se apresentam como eficientes suportes para catálise devido a sua elevada área superficial. Neste trabalho, o método Solution Blow Spinning (SBS) foi empregado para a produção de nanofibras sólidas e ocas de alguns óxidos metálicos (Ca3Co4O9-δ, NiO, CuFe2O4, CoFe2O4 e NiFe2O4) baseados em metais nãonobres, com potencial para serem usados como eletrocatalisadores da OER em meio alcalino. Uma série de técnicas de caracterização morfológica, estrutural, elementar e eletroquímicas foram realizadas, para fornecer uma compressão detalhada sobre à influência dos parâmetros morfológicos no desempenho de cada catalisador. Fibras ocas com diâmetro médio entre 200 - 257 nm e superfície altamente rugosa foram obtidas. Foi observado que o desempenho para a OER é dependente das características morfológica desses materiais (diâmetro, tamanho de cristalito, espessura da parede tubular e rugosidade). Com atividade superior a materiais 1D, 2D e 3D de mesma composição reportados na literatura. Dos resultados gerais, quando comparado com nanopartículas, concluiu-se que a estrutura da morfologia fibrilar do óxido de níquel coloca uma regra importante no desempenho global do eletrocatalisador. Influenciando também pela rota de síntese, que contribuiu para a formação de uma maior quantidade de espécies ativas para a OER na superfície do eletrodo, refletindo diretamente na área eletroquimicamente ativa (ECSA).Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia de MateriaisPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de MateriaisUFPBMacedo, Daniel Araújo dehttp://lattes.cnpq.br/1027496814443777Medeiros, Eliton SoutoSilva, Vinícius Dias2019-08-26T20:15:17Z2019-08-262019-08-26T20:15:17Z2019-02-25info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/15384porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2019-08-27T06:07:00Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/15384Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2019-08-27T06:07Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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