Síntese de um eletrocatalisador bifuncional baseado na dopagem de óxido de grafeno reduzido com nitrogênio

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: OLIVEIRA, Eleilde de Sousa lattes
Orientador(a): TANAKA, Auro Atsushi lattes
Banca de defesa: TANAKA, Auro Atsushi lattes, PASSOS, Raimundo Ribeiro lattes, SANTOS JUNIOR, José Ribeiro dos lattes, MARQUES, Aldaléa Lopes Brandes lattes, MACIEL, Adeilton Pereira lattes
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Maranhão
Programa de Pós-Graduação: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO DOUTORADO EM QUÍMICA (ASSOCIADO UFMA-IFMA)
Departamento: DEPARTAMENTO DE QUÍMICA/CCET
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
redução de oxigênio;
volução de oxigênio;
óxido de grafeno reduzido.
Palavras-chave em Inglês:
oxygen reduction;
oxygen evolution;
reduced graphene oxide.
Área do conhecimento CNPq:
Química
Link de acesso: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/6303
Resumo: The development of efficient and low-cost bifunctional catalysts for oxygen reduction (RRO) and oxygen evolution (REO) reactions is essential for the advancement of fuel cell technologies. In this sense, the present work presents a study carried out to develop a bifunctional catalyst using phenanthroline as N-precursor for the doping of reduced graphene oxide (rGO). The catalyst prepared under optimized conditions through a multivariate statistical study, using parameters such as time (0.3 at 3.7 h), pyrolysis temperature (631.8 at 968.2 °C) and catalyst mass (59.8 a 110.2 mg), exhibited considerable electrocatalytic activity against RRO, with the involvement of 4 (four) electrons. Furthermore, the recorded Tafel slope (~150 mV dec-1 ) indicated the first electron transfer as the determining step of the reaction. Morphological and physicochemical characterizations provided information about the structure of the material, correlating the stability and catalytic performance observed with the temperature and pyrolysis time. Notably, this study also showed that under optimized conditions, the same precursor can produce diverse results. In this sense, the optimized catalyst showed electrocatalytic activities ORR / OER (ΔE = 1,05 V) in alkaline media, with competitive performance compared to commercial Pt/C catalysts and metal-free catalysts reported in the literature. The activity for REO was evaluated by polarization curves, demonstrating the bifunctional performance of the event.
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Tese ( Programa de Pós-Graduação Doutorado em Química) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2025.https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/6303The development of efficient and low-cost bifunctional catalysts for oxygen reduction (RRO) and oxygen evolution (REO) reactions is essential for the advancement of fuel cell technologies. In this sense, the present work presents a study carried out to develop a bifunctional catalyst using phenanthroline as N-precursor for the doping of reduced graphene oxide (rGO). The catalyst prepared under optimized conditions through a multivariate statistical study, using parameters such as time (0.3 at 3.7 h), pyrolysis temperature (631.8 at 968.2 °C) and catalyst mass (59.8 a 110.2 mg), exhibited considerable electrocatalytic activity against RRO, with the involvement of 4 (four) electrons. Furthermore, the recorded Tafel slope (~150 mV dec-1 ) indicated the first electron transfer as the determining step of the reaction. Morphological and physicochemical characterizations provided information about the structure of the material, correlating the stability and catalytic performance observed with the temperature and pyrolysis time. Notably, this study also showed that under optimized conditions, the same precursor can produce diverse results. In this sense, the optimized catalyst showed electrocatalytic activities ORR / OER (ΔE = 1,05 V) in alkaline media, with competitive performance compared to commercial Pt/C catalysts and metal-free catalysts reported in the literature. The activity for REO was evaluated by polarization curves, demonstrating the bifunctional performance of the event.O desenvolvimento de catalisadores bifuncionais eficientes e de baixo custo para as reações de redução de oxigênio (RRO) e de evolução de oxigênio (REO) é imprescindível para o avanço das tecnologias de células a combustível. Nesse sentido, o presente trabalho apresenta um estudo realizado para o desenvolvimento um catalisador bifuncional empregando fenantrolina como N-precursor para a dopagem de óxido grafeno reduzido (rGO). O catalisador preparado sob condições otimizadas por meio de um estudo estatístico multivariado, utilizando parâmetros como tempo (0,3 a 3,7 h), temperatura de pirólise (631,8 a 968,2 °C) e massa do precursor (59,8 a 110,2 mg), exibiu considerável atividade eletrocatalítica frente a RRO, com o envolvimento de 4 (quatro) elétrons. Além disso, a inclinação de Tafel registrada (~ 150 mV dec-1 ) indicou a primeira transferência eletrônica como a etapa determinante da reação. Caracterizações morfológicas e físico-químicas (XPS, MEV, FT-IR e raios-X) forneceram informações sobre a estrutura do material, correlacionando a estabilidade e o desempenho catalítico observado com a temperatura e o tempo de pirólise. Notadamente, este estudo também mostrou que sob condições otimizadas, o mesmo precursor pode produzir diversos resultados. Neste sentido, o catalisador otimizado apresentou atividades eletrocatalíticas bifuncionais RRO/REO (ΔE = 1,05 V) em meio alcalino, com desempenho competitivo em comparação com catalisadores comerciais de Pt/C e catalisadores isentos de metal relatados na literatura. A atividade para REO foi avaliada por curvas de polarização, demonstrando o desempenho bifuncional do catalisador.Submitted by Jonathan Sousa de Almeida (jonathan.sousa@ufma.br) on 2025-06-27T16:43:16Z No. of bitstreams: 1 ELEILDE_OLIVEIRA.pdf: 2134479 bytes, checksum: 4c16a20d59c1b577b4cf93898dc0528a (MD5)Made available in DSpace on 2025-06-27T16:43:16Z (GMT). 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