Desenvolvimento de nanocompósitos baseados em óxidos metálicos, derivados de grafeno e dicalcogenetos de metais de transição para aplicações em armazenamento e geração de energia - Santos, Carlos Eduardo Lima dos (2022)
O desenvolvimento da sociedade e a disponibilidade de energia estão intimamente ligados, sendo notável que grandes evoluções tecnológicas foram obtidas à medida que novas fontes de energia eram descobertas. Os recentes e cada vez mais ágeis avanços levaram a necessidade de soluções na cadeia energética, para serem mais eficientes e também mais sustentáveis, ambiental como economicamente. Neste cenário, diversas iniciativas que visam aprimorar um ou mais pontos da cadeia de produção de energia vem ganhando destaque, e é neste mesmo sentido que a pesquisa desenvolvida está inserida, com o objetivo de utilizar materiais de baixo custo, eficientes e ambientalmente amigáveis, que possam vir a atender as presentes e futuras demandas e especificações de vários sistemas de armazenamento de energia. A pesquisa desenvolvida consiste na avaliação eletroquímica de nanocompósitos baseados na combinação de três materiais: oxido de grafeno reduzido (rGO) trióxido de tungstênio (WO3) e dissulfeto de tungstênio (WS2). Sendo assim, os materiais foram sintetizados por rotas de obtenção escaláveis, sendo o óxido de grafeno reduzido obtido pelo método de Hummers modificado, seguido de uma redução química, enquanto que os WO3 e WS2 foram obtidos por meio de uma rota hidrotermal. A síntese dos materiais foi comprovada química, estrutural e morfologicamente por meio de técnicas de difratometria de raios X, espectroscopia Raman, análises termogravimétricas (TG), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de raios X por energia dispersiva (EDS). As propriedades eletroquímicas foram avaliadas por meio de ensaios de voltametria cíclica (CV), voltametria de varredura linear (LSV), carga e descarga galvanostática (GCD) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS), bem como estabilidade com vários ciclos, visando avaliar as propriedades dos materiais tanto como capacitores quanto como catalisadores em reações de evolução de hidrogênio (HER). Como capacitores, a introdução do rGO para formar o nanocompósito WS2 − WO3/rGO quase dobrou a capacitância específica obtida por meio de CV e GCD em comparação com os materiais puros rGO e WS2−WO3, mostrando que a combinação sinérgica dos materiais resulta em melhores eletrodos para esta finalidade. Um dispositivo capacitivo na configuração de coin cell também foi montado utilizando-se dois eletrodos de WS2−WO3/rGO como ânodo e cátodo, e o dispositivo apresentou interessantes resultados de densidade de potência e energia. Como catalisador para reações de HER, o nanocompósito WS2 − WO3/rGO apresentou resultados de sobrepotencial e Tafel slope melhores que os da platina em meio básico, se mostrando um material promissor também para este uso. Deste modo, foi possível sintetizar um nanocompósito que mostra sinergia de três classes de materiais diferentes, e que apresenta multifuncionalidade, podendo ser aplicado tanto em armazenamento de energia quanto em catálise para as reações HER.