Eletrodos de grafeno 3D com óxidos de metais de transição para a reação de evolução de oxigênio
| Ano de defesa: | 2025 |
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| Orientador(a): | |
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| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso embargado |
| 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 Engenharia Química |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/25479 |
Resumo: | Diante da crescente demanda por fontes de energia sustentáveis, a eletrólise da água tem se destacado como uma alternativa promissora para a produção de hidrogênio verde. No entanto, a eficiência do processo é limitada pela reação de evolução do oxigênio (OER), que apresenta cinética lenta e elevado sobrepotencial. Nesse contexto, este trabalho propõe o desenvolvimento de eletrocatalisadores baseados em grafeno tridimensional (G3D), combinado com óxidos de ferro com estrutura núcleo-casca e óxidos mistos, visando otimizar a atividade eletrocatalítica e a estabilidade dos eletrodos em meio alcalino. Foram sintetizados eletrodos compósitos com estrutura núcleo-casca (αFe2O3@C e Fe3O4@C) e óxido misto CoFe2O4 ancorados sobre G3D. As análises físico-químicas confirmaram a formação dos materiais desejados, com boa dispersão dos óxidos e presença de casca carbonácea, o que contribuiu para o aumento da área superficial. Os testes eletroquímicos revelaram que os eletrocatalisadores G3DFe3O4@C e G3DCoFe2O4 apresentaram excelente desempenho frente à OER, alcançando a densidade de corrente de 10 mA cm-2 com sobrepotenciais baixos, inferiores a 300 mV, além de exibirem baixos coeficientes de Tafel (39,9 e 43,6 mV·dec⁻¹, respectivamente) e menores resistências de transferência de carga (Rtc), conforme demonstrado por espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS). Dessa forma, os eletrocatalisadores desenvolvidos são considerados alternativas eficazes, acessíveis e promissoras para a reação de evolução do oxigênio (OER). |
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Eletrodos de grafeno 3D com óxidos de metais de transição para a reação de evolução de oxigênio3D graphene electrodes with transition metal oxides for the oxygen evolution reactionCatalisadoresEletrodosReação de evolução do oxigênioEletrocatalisadoresÓxidos de metais de transiçãoCatalystsElectrodesOxygen evolution reactionElectrocatalystsTransition metal oxidesENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICADiante da crescente demanda por fontes de energia sustentáveis, a eletrólise da água tem se destacado como uma alternativa promissora para a produção de hidrogênio verde. No entanto, a eficiência do processo é limitada pela reação de evolução do oxigênio (OER), que apresenta cinética lenta e elevado sobrepotencial. Nesse contexto, este trabalho propõe o desenvolvimento de eletrocatalisadores baseados em grafeno tridimensional (G3D), combinado com óxidos de ferro com estrutura núcleo-casca e óxidos mistos, visando otimizar a atividade eletrocatalítica e a estabilidade dos eletrodos em meio alcalino. Foram sintetizados eletrodos compósitos com estrutura núcleo-casca (αFe2O3@C e Fe3O4@C) e óxido misto CoFe2O4 ancorados sobre G3D. As análises físico-químicas confirmaram a formação dos materiais desejados, com boa dispersão dos óxidos e presença de casca carbonácea, o que contribuiu para o aumento da área superficial. Os testes eletroquímicos revelaram que os eletrocatalisadores G3DFe3O4@C e G3DCoFe2O4 apresentaram excelente desempenho frente à OER, alcançando a densidade de corrente de 10 mA cm-2 com sobrepotenciais baixos, inferiores a 300 mV, além de exibirem baixos coeficientes de Tafel (39,9 e 43,6 mV·dec⁻¹, respectivamente) e menores resistências de transferência de carga (Rtc), conforme demonstrado por espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS). Dessa forma, os eletrocatalisadores desenvolvidos são considerados alternativas eficazes, acessíveis e promissoras para a reação de evolução do oxigênio (OER).Given the growing demand for sustainable energy sources, water electrolysis has emerged as a promising alternative for green hydrogen production. However, the efficiency of this process is hindered by the oxygen evolution reaction (OER), which suffers from sluggish kinetics and a high overpotential. In this context, this work proposes the development of electrocatalysts based on three-dimensional graphene (3D-G), combined with iron oxides featuring core–shell structures and mixed oxides, aiming to enhance the electrocatalytic activity and electrode stability in alkaline media. Composite electrodes with core–shell structures (α-Fe₂O₃@C and Fe₃O₄@C) and the mixed oxide CoFe₂O₄ anchored onto 3D graphene were synthesized. Physicochemical analyses confirmed the successful formation of the targeted materials, with good oxide dispersion and the presence of a carbonaceous shell, contributing to increased surface area. Electrochemical tests revealed that the G3DFe₃O₄@C and G3DCoFe₂O₄ electrocatalysts exhibited excellent performance toward OER, achieving a current density of 10 mA·cm⁻² with low overpotentials below 300 mV. Furthermore, they showed low Tafel slopes (39.9 and 43.6 mV·dec⁻¹, respectively) and reduced charge transfer resistance (Rct), as demonstrated by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Therefore, the developed electrocatalysts are considered effective, affordable, and promising alternatives for the oxygen evolution reaction (OER).Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESUniversidade do Estado do Rio de JaneiroCentro de Tecnologia e Ciências::Instituto de QuímicaBrasilUERJPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaSenna, Lilian Ferreira dehttps://orcid.org/0000-0002-6316-6687http://lattes.cnpq.br/7677941459264191Cesar, Deborah Vargashttps://orcid.org/0000-0001-6492-9140http://lattes.cnpq.br/1350917983266189Henriques, Cristiane Assumpçãohttps://orcid.org/0000-0003-4738-2344http://lattes.cnpq.br/8669668633454299Gaspar, Alexandre Barroshttps://lattes.cnpq.br/1049735133222758Cabral, Murilo Feitosahttps://lattes.cnpq.br/5659343912325720Santana, Julia Magaly Costa de2026-03-16T15:19:03Z2028-06-102025-06-10info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfSANTANA, Julia Magaly Costa de. Eletrodos de Grafeno 3D com Óxidos de Metais de Transição para a Reação de Evolução de Oxigênio. 2025. 162 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2025.http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/25479porinfo:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJinstname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)instacron:UERJ2026-03-31T17:02:51Zoai:www.bdtd.uerj.br:1/25479Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.bdtd.uerj.br/PUBhttps://www.bdtd.uerj.br:8443/oai/requestbdtd.suporte@uerj.bropendoar:29032026-03-31T17:02:51Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)false |
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