Desenvolvimento e aplicabilidade de catalisadores à base de cobre para redução eletroquímica de CO2

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Dias, Eduardo Henrique
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: CO production; CO2 reduction; copper nanoparticles; electrochemical; eletroquímica; MEA-cell; MEA-Cell; método solvotermal; nanoparticulas de cobre; produção de CO; redução de CO2; solvothermal method
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-23102024-172001/

O estudo apresentado nesta tese discute os fatores que determinam a eficiência das reações eletroquímicas de redução do dióxido de carbono (CO2RR) usando catalisadores à base de cobre. O primeiro capítulo discute o papel da cristalização de nanopartículas de CuO na superfície do negro-de-fumo, sintetizadas em apenas uma etapa por meio do método de síntese solvotermal e utilizadas para eletroredução de CO2 em sistemas tradicionais, como a célula-H. Os catalisadores produzidos exibiram bom desempenho mesmo com teores menores de CuO, aumentando assim a eficiência da camada catalítica. Os filmes preparados demonstraram estabilidade por mais de 30 horas e boa atividade para CO2RR, formando CO, ácido fórmico, etanol e ácido acético como produtos e com controle eficaz sobre a evolução competitiva de hidrogênio. Os resultados destacaram uma eficiência faradaica significativa para os produtos da redução do CO2 (acima de 50%), comparável a catalisadores mais complexos reportados na literatura. O segundo capítulo discute o papel da configuração eletroquímica na eficiência do processo. O mesmo catalisador desenvolvido foi aplicado em uma configuração eletroquímica em fluxo contínuo com eletrodos diretamente depositados sobre a membrana de separação de íons (Membrane Electrode Assembly, MEA). Apesar do uso mínimo de catalisador, o sistema alcançou altas correntes (mais de 100 mA/cm2) e eficiência faradaica para a produção de CO (63%) em voltagens de célula aceitáveis (3.2 V) quando comparado com valores de referência para aplicação industrial. Assim, esta tese demonstra o impacto dos aspectos de engenharia de eletrodos e sistemas reacionais no desempenho geral da redução eletroquímica de CO2, fatores que podem subestimar o potencial de um sistema reacional e, também, influir na sua estabilidade ao longo do tempo.