Eletrocatalisadores de MoS2 e WS2 modificados com Rh e RhFe para eletroredução de nitrogênio

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Araujo, Rodrigo Gomes 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: ammonia; amônia; electrocatalysis; eletrocatálise; eletrólise; nitrogen reduction reaction; redução do nitrogênio
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-04102023-092132/

O processo Haber-Bosch de produção de amônia utiliza predominantemente o hidrogênio produzido pela reforma a vapor de hidrocarbonetos, resultando na liberação de gases de efeito estufa na atmosfera. A eletroredução do nitrogênio a amônia em condições de temperatura e pressão ambiente tem ganhado destaque, visto que fornece uma alternativa ao processo atual de produção, diminuindo drasticamente as emissões de CO2 para a síntese de NH3. Por essa razão, a reação de redução de nitrogênio (RRN) está sendo profundamente investigada como uma via de produção de amônia em grande escala industrial de forma sustentável. Neste trabalho, eletrocatalisadores comerciais de MoS2 e WS2 foram modificados com Rh utilizando o método de impregnação. Além disso, modificou-se com os eletrocatalisadores comerciais com nanopartículas de RhFe sintetizadas pelo método poliol e investigados frente sua atividade catalítica para a RRN. Os catalisadores foram caracterizados por técnicas físicas tais como: microscopia eletrônica de transmissão, difração de Raios X, e espectroscopia de Raios X por energia dispersiva, apresentando um valor abaixo de 1% de Rh impregnado, e valores de 9% em massa de RhFe com uma proporção atômica de 60:40 (Rh:Fe). Os métodos eletroquímicos constituíram de voltametria cíclica, voltametria linear e cronoamperometria. Os produtos de reação foram detectados por espectroscopia de massas on-line e espectroscopia de UV-vis. Os resultados de quantificação indicaram que o MoS2 foi o catalisador com melhor desempenho para a redução de nitrogênio em meio ácido apresentando um valor de produção de NH3 de 4,15 µg h-1 mgcat-1 e para o catalisador de WS2, 3,19 µg h-1 mgcat-1 em -0,7 V vs. RHE. Análises espectroscopia de massas para razões massa/carga: 2 (H2), 17 (NH3) e 33 (NH2OH) para os catalisadores MoS2, WS2, Rh/MoS2 e Rh/WS2 indicaram que a RRN ocorre em paralelo com reação de desprendimento de hidrogênio (RRH) e a adição do Rh alterou o potencial de início da reação. O catalisador de RhFe não apresentou atividade para a RRN, porém mostrou-se atividade para a reação de RRH.