Desenvolvimento de eletrodos impressos em 3D para aplicação na Reação de Evolução de Oxigênio

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Marçal, Raphaela dos Santos
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro; Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química; Brasil; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Química
• Palavras-chave em Português: Composite electrodes; Nickel ferrite; Electrocatalyst; Water oxidation reaction; 3D printing; Eletrodos compósitos; Ferrita de níquel; Eletrocatalisador; Reação de oxidação da água; Impressão em 3D; Eletrodos; Catalisadores; Ferritas; Níquel; CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICA::COMPOSTOS ORGANO-METALICOS
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/22790

Recentemente, houve um avanço significativo na busca por soluções ambientais para os impactos causados pelo uso de combustíveis fósseis como fonte primária de energia, o que tem levado a um aumento no interesse por tecnologias eficientes que possam converter e armazenar energia a partir de fontes renováveis, especialmente aquelas que usam a energia solar para imitar o processo natural de fotossíntese, resultando na produção de hidrogênio a partir da eletrólise da água. No entanto, devido à sua natureza desafiadora tanto cineticamente quanto termodinamicamente, esse processo de fotossíntese artificial precisa do uso de catalisadores estáveis para viabilizar as semirreações de evolução de hidrogênio (HER) e de evolução de oxigênio (OER) para geração de H2 e O2, respectivamente. Além disso, outro desafio é em relação aos sistemas eletroquímicos atuais, que são constituídos por eletrodos de alto custo, o que encarece a produção de hidrogênio em larga escala. Com isso, muitos estudos são realizados para obter materiais mais baratos e de fácil aquisição como alternativa eficiente para serem usados nesses sistemas. A impressão 3D se mostra uma excelente opção de ferramenta para a produção de eletrodos impressos condutivos, usando filamentos compósitos. Neste trabalho, realizou-se a modelagem e impressão de eletrodos via impressora 3D para aplicação na reação de oxidação da água, além da síntese e caracterização de ferrita de níquel, NiFe2O4, como eletrocatalisador, e a modificação da superfície dos eletrodos impressos com a NiFe2O4 sintetizada. Técnicas como Difração de Raios-X, Microscopia Eletrônica de Varredura e de Transmissão, estabilidade térmica e eletroquímica, foram utilizadas na caracterização dos materiais. O filamento compósito comercial utilizado no trabalho apresentou uma composição de 40% (m/m) de material carbonáceo. Os dados analíticos mostraram a necessidade de ativação dos eletrodos compósitos impressos, que se mostraram promissores para utilização em eletrocatálise. Os eletrodos ativados física/quimicamente apresentaram melhor desempenho em j = 10 mA cm-2: sobrepotencial (η) de 810 mV na OER em meio alcalino, e os menores valores de inclinação de Tafel. Entretanto, o eletrodo ativado quimicamente forneceu a menor resistência à transferência de cargas (Rp = 115 Ω). Os eletrodos ativados fisicamente precisam ser estudados mais a fundo pois apesar da natureza capacitiva (Rp = 1,45 kΩ), seus resultados de OER apresentaram tendência inversa (η = 570 mV).