Nanopartículas de ouro suportadas em diferentes substratos carbonosos visando a eletrogeração de peróxido de hidrogênio: um estudo da interação metal-suporte

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Mira, Letícia
• 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: carbonaceous materials; dopagem com nitrogênio; gold nanoparticles; hydrogen peroxide; materiais carbonáceos; nanopartículas de ouro; nitrogen doping; oxygen reduction reaction; peróxido de hidrogênio; reação de redução do oxigênio
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75135/tde-28072023-101925/

O peróxido de hidrogênio (H2O2) é um composto químico com ampla gama de aplicações industriais, comerciais e domésticas. Porém, sua principal forma de produção em larga escala não é ambientalmente amigável e aponta sérias limitações logísticas e de segurança com base no seu manuseio e armazenamento, fato que tem impulsionado a busca por novas tecnologias eficientes capazes de produzir o H2O2 próximo ao local de aplicação/consumo. Visto como uma tecnologia alternativa viável, dispositivos eletroquímicos que utilizam a Reação de Redução do Oxigênio (RRO) via transferência de dois elétrons para eletrogerar H2O2 in situ têm recebido enorme atenção nos últimos anos. No entanto, um dos grandes obstáculos para a implementação dessa tecnologia eletroquímica é o desenvolvimento de materiais catalisadores eficientes e duráveis. Portanto, este presente trabalho visou desenvolver, aplicar e avaliar catalisadores a base de materiais carbonosos modificados com nanopartículas de ouro (Au) para a eletrogeração de H2O2. Foram produzidos nanocompósitos a base de nanopartículas de Au suportadas em diferentes materiais carbonosos funcionalizados com oxigênio e/ou nitrogênio. Os nanocompósitos produzidos foram caracterizados físico-quimicamente pelas técnicas de: análise elementar CNHS/O, análise termogravimétrica (TG), microscopia eletrônica de varredura (SEM) e de transmissão (TEM), difração de raios X (XRD), espectroscopias de impedância eletroquímica (EIS) e de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS). A performance eletrocatalítica e a seletividade para a eletrogeração de H2O2 dos eletrocatalisadores sintetizados foram avaliadas por meio de ensaios eletroquímicos hidrodinâmicos utilizando as técnicas de voltametria cíclica e voltametria de varredura linear utilizando eletrodos de disco e anel rotatórios (RRDE). Os resultados da caracterização físico-química foram correlacionados com o desempenho eletrocatalítico dos materiais sintetizados, onde o resultado mais eficiente foi relacionado ao nanocompósito carbono amorfo do tipo Printex XE2B modificado com nanopartículas de Au (CPXE2B/Au), que apresentou significativa melhora na seletividade em relação a sua matriz pura na eletrogeração de H2O2 e se apresentou como o material mais eletrocatalítico. O desempenho superior apresentado pelo catalisador CPXE2B/Au foi correlacionado à sua alta área superficial e a presença de grupos funcionais oxigenados do tipo carboxila presentes no suporte carbônico, capazes de levar à alta dispersibilidade das nanopartículas de Au e reduzida resistência à transferência de carga.