Eletrocatalisadores de metais de transição para reação de evolução de hidrogênio em soluções aquosas tamponadas

• Autor(a) principal: Roque, Aline Pereira
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-10112023-154705/
• topic: buffer; carbetos; carbides; electrochemistry; eletroquímica; hydrogen evolution reaction; reação de evolução de hidrogênio; selenetos; selenides; tampão

Com o objetivo de diminuir as emissões de gases poluentes na atmosfera causadores do efeito estufa e liberados durante a queima de combustíveis fósseis, soluções diversificadas baseadas em fontes renováveis de energia vêm sendo intensivamente consideradas. Assim, considerando a necessidade de armazenamento da energia originária de fontes primárias e sustentáveis, a produção de hidrogênio (H2) por meio da eletrólise da água e através da reação de evolução de hidrogênio (REH) surge como ótima opção com elevada viabilidade técnica. Uma característica inerente a este processo é a necessidade de uso de catalisadores eletródicos, a fim de aumentar sua eficiência cinética e energética. À procura por alternativas aos metais nobres de alto custo usualmente empregados, neste projeto foi investigada a potencialidade de utilização de metais de transição 3d visando a operação em condições moderadas de pH. Quatro catalisadores formados por materiais nanoparticulados ancorados em carbono, correspondentes a WC/C, CoSe2/C, NiSe2/C e FeSe2/C, foram empregados nestes estudos. Além disto, como a cinética da REH é fortemente dependente do pH do eletrólito, foi utilizada solução tamponada de 0,2M NaH2PO4/H3PO4, pH 2,15, assim evitando-se eventuais variações de pH no curso da reação. Dentre os vários catalisadores considerados, aquele com melhor performance foi avaliado em outro meio neutro tamponado, 0,2M Na2HPO4/NaH2PO4, pH 7 e em meio não tamponado, 0,5 M H2SO4 (condição de referência considerada na literatura). Os materiais eletródicos preparados neste trabalho foram caracterizados por Energia Dispersiva de Raios-x (EDX), Difração de Raios-x (DRX) e Microscopia eletrônica da transmissão (TEM). Os estudos eletroquímicos foram realizados através de curvas de polarização e voltametrias cíclicas utilizando-se eletrodo rotatório à temperatura ambiente. Os resultados demonstraram que a atividade dos eletrocatalisadores seguem a ordem crescente: FeSe2/C < NiSe2/C < WC/C < CoSe2/C < Pt/C, com o CoSe2/C atingindo a melhor performance e mais promissora estabilidade dentre os materiais aqui estudados em eletrólito tampão 0,2M NaH2PO4/H3PO4, pH 2,15. Análises cinéticas conduzidas usando os valores dos coeficientes de Tafel obtidos experimentalmente foram usadas para a discussão do mecanismo da REH em cada catalisador estudado.