Estudo da reação de redução do oxigênio em matriz de carbono XE2B modificado com átomos de O, N, S e P para eletrogeração de H2O2 in situ

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Madalena, Ludmila dos Santos
• 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 O; doping with O; electrosynthesis of hydrogen peroxide; eletrodo de difusão gasosa; eletrosíntese de peróxido de hidrogênio; gas diffusion electrode; materiais carbonáceos; N; oxygen reduction reaction; reação de redução do oxigênio; S and P; S e P
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75135/tde-22032023-105351/

O peróxido de hidrogênio (H2O2) é um importante agente oxidante usado em diversos processos industriais, domésticos e no tratamento de águas residuais. Com tudo, quando produzido em escala industrial apresenta sérias limitações logísticas e de segurança relacionadas ao seu manuseio e armazenamento. Nesse contexto, o desenvolvimento e viabilização de novas tecnologias que sejam capazes de gerar H2O2 próximo ao local onde será consumido tem se mostrado cada vez mais necessário. Como uma alternativa promissora, a eletrossíntese de H2O2 em ajustáveis concentrações através da reação seletiva de redução do oxigênio (RRO) tem recebido enorme atenção nos últimos anos. Nesse sentido, o presente trabalho teve como objetivo produzir novos materiais eletrocatalisadores para a eletrogeração de H2O2 in situ a partir da funcionalização do material carbonáceo comercialmente disponível (carbono Printex XE2B. Carbono XE2B foi modificado utilizando a técnica de dopagem e co-dopagem química hidrotérmica com os elementos N, O, S e/ou P. Os novos eletrocatalisadores produzidos foram caracterizados físico-quimicamente utilizando as técnicas de Análise elementar CNHS/O, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de transmissão (MET), ângulo de contato, fotoelétrons excitados por raios-X (XPS) e espectroscopia de Raman. A atividade catalítica e seletividade para a produção de H2O2 apresentada pelos materiais sintetizados foram investigadas pelas técnicas de voltametria cíclica e voltametria de varredura linear utilizando eletrodos de disco-anel rotativos (RRDE) e eletrodos de difusão gasosa (EDG). Dentre os materiais estudados o catalisador N/XE2B apresentou altamente eficiência para a produção de H2O2 em comparação aos materiais XE2B, O/XE2B, N,S/XE2B e N,P/XE2B. A seletividade de N/XE2B foi de 94% para a eletrogeração de H2O2 apresentando melhor atividade em termos de potenciais com início para a RRO de 560 mV em comparação com o XE2B (SH2O2~80%) para a produção de peróxido de hidrogênio. Outros resultados bastante relevantes para o estudo, foram obtidos através da aplicação dos materiais XE2B* (não modificado), XE2B e N/XE2B para a geração de H2O2 a partir do uso do eletrodo de difusão gasosa (EDG). Os resultados obtidos após o tempo de 180 minutos de eletrólise refletiram para a seguinte ordem de eficiência: N/XE2B > XE2B* > XE2B. Tendo em vista o aumento da eficiência catalítica para a H2O2 in situ utilizando EDG, a partir disso, é possível afirmar que os resultados expressivos para o catalisador sintetizado N/XE2B, demonstrou alta eficiência para a produção de H2O2 e bom desempenho para a seletividade de RRO via 2e-.