Desenvolvimento de eletrocatalisadores de rutênio depositado sobre nanopartículas de níquel para a reação de desprendimento de hidrogênio em eletrólito alcalino
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Data
2024
Autores
Soares, Julia Safranski
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Resumo
Com a crescente demanda por recurso energético ocasionada pelo aumento populacional e a problemática ambiental causada pela emissão de poluentes gasosos, torna-se fundamental o desenvolvimento de novas formas de geração de energia limpa e sustentável. O hidrogênio é considerado um vetor energético alternativo aos combustíveis fósseis, por possuir alta densidade de energia e por ser produzido por processos sustentáveis. Apesar das vantagens apresentadas para a produção de gás hidrogênio via eletrólise da água, são necessários aprimoramentos para a sua viabilidade em larga escala, principalmente no que tange aos materiais utilizados nos eletrolisadores. Mais especificadamente, os eletrocatalisadores utilizados na reação de desprendimento de hidrogênio (RDH) requerem materiais com maior atividade catalítica, ou seja, menor sobrepotencial para o início de reação, para otimizar a eficiência energética. Os eletrocatalisadores mais ativos em eletrólito alcalino para a RDH são a base de níquel, devido à sua abundância, estabilidade em meio reacional e atividade catalítica para aplicação prática. No entanto, o sobrepotencial para a RDH ainda necessita ser otimizado. No presente trabalho, investiga-se a atividade eletrocatalítica de rutênio depositado sobre nanopartículas de níquel como eletrocatalisador para a reação de desprendimento de hidrogênio em eletrólito alcalino. Para tal, o rutênio foi depositado sobre as nanopartículas sintetizadas de níquel nas percentagens mássicas de 0,5%, 1%, 2,5% e 5% (Rux@Ni, x = 0,5; 1; 2,5 e 5). O método de síntese consistiu no uso de agente redutor (borohidreto de sódio) na presença de estabilizante (ácido cítrico) em solução aquosa. Em particular, as nanopartículas de níquel previamente sintetizadas foram termicamente tratadas sob atmosfera redutora (3% H2/Ar, na temperatura de 400 ºC), para a posterior deposição superficial dos átomos de rutênio. Os resultados de caracterização física apontaram que o método de síntese empregado é eficaz para a produção dos diferentes materiais. Já os resultados eletroquímicos revelaram que os eletrocatalisadores de Rux@Ni (x = 0,5; 1; 2,5 e 5) possuem atividade catalítica frente a RDH influenciada pela quantidade de Ru depositada na superfície das partículas de Ni. Por fim, o menor valor de sobrepotencial foi obtido para o material Ru1@Ni, quando comparado com os demais eletrocatalisadores sintetizados, o que mostra que a atividade catalítica da RDH pode ser otimizada.
Descrição
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação Interdisciplinar em Energia e Sustentabilidade da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito parcial à obtenção do título de Mestra em Energia e Sustentabilidade.
Palavras-chave
Reação de desprendimento de hidrogênio, Eletrólito alcalino, Eletrocatalisador, Rutênio-níquel