Investigação da eletrocatálise de interconversão do par dióxido de carbono/íons formato para aplicação em ciclos de estocagem de hidrogênio

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Moraes, Ricardo Sgarbi de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Catalisadores à base de estanho; CO2 Reduction; Electrocatalysis; Eletrocatálise; Formate; Formato; Redução de CO2; Tin-based catalysts
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-19042016-150431/

A crescente emissão do CO2 para a atmosfera, causada pela matriz energética dependente dos combustíveis fósseis tem gerado a necessidade de sistemas que o utilizem como matéria-prima para a produção ou armazenamento de energia. Em vista disso, este trabalho teve como objetivo o estudo do ciclo de estocagem de hidrogênio baseado em etapas eletrocatalíticas da eletro-redução e eletro-oxidação do par CO2/HCOO-. Para o processo de eletro-redução, foram utilizados eletrocatalisadores suportados em pó de carbono formados à base de estanho (Sn/C) e de estanho modificado com cobalto (Co-Sn/C), cobre (Cu-Sn/C) e paládio (Sn-Pd/C). Os materiais foram sintetizados pelo método de impregnação seguido por tratamento térmico e caracterizados fisicamente por Difratometria de Raios X (DRX) e Espectroscopia por energia Dispersiva de Raios X (EDX). Os testes eletroquímicos foram realizados via cronoamperometria (eletrólise) e a quantificação dos íons formato por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) e voltametria cíclica (VC). Os resultados obtidos mostraram que os materiais nanoestruturados sintetizados apresentaram estruturas cristalinas, sendo que o estanho apresentou-se na forma de SnO2, mas sofrendo eletro-redução em condições in situ para SnO ou SnOH. Os resultados eletroquímicos mostraram que o Sn/C eletrocatalisa a redução do CO2 para HCOO-, sendo que a quantificação por VC utilizando eletrodos de paládio e platina indicaram correntes de pico crescentes até o potencial de eletrólise de -1,6 V vs. Ag/AgCl/Cl-. Ademais, experimentos de eletrólise evidenciaram o aumento linear da concentração de HCOO- após 6 horas de polarização, indicando alta estabilidade do eletrocatalisador de Sn/C. A atividade eletrocatalítica dos eletrocatalisadores à base de estanho frente a redução de CO2 para HCOO- foi atribuída a dois aspectos: (i) o estanho favorece a adsorção ou interação do CO2 através dos átomos de oxigênio, possibilitando a transferência de prótons e elétrons sem a quebra da ligação C-O e/ou; (ii) a presença de espécies SnOH na superfície, mesmo em baixos potenciais, permite a interação com o CO2 e leva à formação de intermediários adsorvidos reativos, que sofrem a adição de prótons e elétrons para a formação de HCOO-. A eficiência máxima de corrente faradaica para a formação de HCOO- foi de aproximadamente 7 % tendo a reação de desprendimento de hidrogênio (HER) como rota paralela. A investigação da influência da natureza do eletrocatalisador mostrou inatividade do material de Co-Sn/C, mas com aumento da atividade de Cu-Sn/C para a eletro-redução de CO2, quando comparado com Sn/C puro.