Modificação de catalisadores de carbono amorfo com óxidos mistos de Nb, Zr, Mo e Pd para a eletrossíntese de peróxido de hidrogênio (H2O2)

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Trevelin, Leandro Cesar
• 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: hydrogen peroxide; molybdenum oxide; niobium oxide and oxygen reduction reaction.; óxido de molibdênio; óxido de nióbio; óxido de paládio; óxido de zircônio; palladium oxide; peróxido de hidrogênio; reação de redução de oxigênio; zirconium oxide
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-04052021-093052/

A eletrossíntese de peróxido de hidrogênio é resultado da reação de redução de oxigênio. Essa reação pode ser expressa por dois mecanismos distintos, redução do oxigênio molecular via 2 elétrons para formação de H2O2, ou então a molécula de oxigênio presente em solução pode reduzir via 4 elétrons para a formação de H2O. No presente trabalho foi desenvolvido o processo de modificação do carbono Printex 6L com a adição de óxidos mistos de Nióbio, Tungstênio, Zircônio e Paládio, em uma primeira etapa e avaliada a eletroatividade de compósitos de carbono Printex L6 - óxido de grafeno em três eletrólitos diferentes - 0.1 mol L-1 KOH (pH= 12.8), 0.1 mol L-1 K2SO4 (pH= 5.8) e 0.1 mol L-1 K2SO4 (acidificado com H2SO4 para pH 2) em uma segunda etapa. Na primeira etapa os materiais foram sintetizados com base no método dos precursores poliméricos e a caracterização física foi realizada por difração de raios x (DRX), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A análise eletroquímica dos materiais utilizou técnicas eletroanalíticas como voltametrias cíclicas, cronoamperometria e voltametrias de varredura linear, sendo que os melhores resultados mostraram que 1% de óxido de nióbio e tungstênio, 1% de óxido de molibdênio e zircônio e 1% de óxido de zircônio e paládio alcançaram 83,5% , 77,7% e 82,3% de eficiência de corrente para a geração de H2O2, respectivamente, porém em potenciais mais positivos que o carbono sem modificação, chegando a aproximadamente 200 mV, 400 mV e 650 mV de deslocamento de potencial para mais positivo, em relação aos 84,2% obtidos para o carbono Printex 6L. Na segunda etapa os compósitos de carbono Printex L6 - óxido de grafeno foram preparados misturando carbono Printex L6 com óxido de grafeno eletroquimicamente esfoliado em uma relação de massa variando entre 0 e 100%. Foram estudadas caracterizações morfológicas, estruturais e eletroquímicas dos compósitos comparando a área de superfície eletroativa por voltametria cíclica, área de superfície e tamanho dos poros estimados pela BET e resistência dos materiais que demonstraram estar correlacionados a uma melhor dispersão do PLCB dentro das folhas de EGO, consequentemente a exposição de locais ativos para a RRO no plano basal das folhas do EGO. O catalisador, composto por 75% de PLCB e 25% de EGO apresentou o melhor desempenho eletroquímico para ORR, com uma mudança da potencial de meia onda de cerca de aprox. 160 mV em 0,1 mol L-1 KOH (pH= 12,8), aprox. 120 mV em 0,1 mol K2SO4 (pH= 5,8) e aprox. 100 mV em 0,1 mol L-1 K2SO4 (pH= 2) em comparação com Printex L6.