Veltrone, Leonardo Alexandre2025-09-102025-09-102025-09-10https://dspace.unila.edu.br/handle/123456789/9333Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação Interdisciplinar em Energia e Sustentabilidade da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito à obtenção do título de Doutor em Energia e Sustentabilidade.As células a combustível movidas por fontes renováveis ganham destaque devido à sua elevada eficiência na conversão de energia e baixas emissões de poluentes. No entanto, seu uso ainda enfrenta limitações associadas ao alto custo dos catalisadores, à baixa eficiência e à suscetibilidade ao envenenamento por monóxido de carbono (CO), especialmente em reações de oxidação de álcoois de baixo peso molecular, como metanol e etanol. Diante desse contexto, esta tese investigou os eletrocatalisadores à base de platina dopada com nióbio (PtNb/C), avaliando o impacto da dopagem metálica e do suporte carbonáceo na atividade e estabilidade eletrocatalítica para oxidações de metanol e etanol. No estágio inicial deste estudo, catalisadores Pt3Nb1/C foram preparados por redução química com borohidreto de sódio e, em seguida, submetidos a caracterizações físicas e eletroquímicas. Os resultados demonstraram que a dopagem com Nb promoveu alterações eletrônicas favoráveis à oxidação de metanol, evidenciadas pelo menor potencial de início (0,45 V para Pt3Nb1/C vs. 0,55 V para Pt/C) e maiores densidades de corrente. O Nb, presente na forma de óxidos (NbxOy), contribuiu para a remoção de COads, com o aumento a tolerância ao envenenamento e com a melhora na eficiência da utilização da Pt, como indicado pela maior área eletroquimicamente ativa (63,2 m2 g-1). Na segunda etapa, investigou-se a produção de óxido de grafeno (GO) por esfoliação eletroquímica a partir de grafite proveniente de pilhas descartadas, com foco no efeito dos eletrólitos ácidos (H2SO4, HCl e HNO3). Os resultados mostraram que o HNO3 favoreceu a maior oxidação e separação de camadas, levando à formação de GO com maior conteúdo de grupos oxigenados e maior espaçamento interplanar, conforme revelado pelas análises de DRX, XPS, Raman e UV-Vis. A escolha do eletrólito demonstrou ser um fator determinante para a estrutura e funcionalidade do GO obtido, com implicações diretas para sua aplicação em sistemas eletroquímicos. Por fim, no terceiro estágio, avaliou-se o uso do GO obtido como suporte alternativo para os catalisadores PtNb. A comparação entre Pt3Nb1/C e Pt3Nb1/GO revelou que, embora o GO proporcione melhora na morfologia e estrutura ao meio catalítico, o efeito mais significativo na atividade eletrocatalítica está associado à dopagem com Nb. Ainda assim, a utilização do GO se mostrou promissora em termos de estabilidade, dispersão e possível sinergia estrutural, na oxidação de álcoois. A abordagem combinada entre modificação metálica e desenvolvimento de suportes funcionais a partir de resíduos eletroquímicos aponta para caminhos inovadores no avanço de tecnologias limpas para conversão direta de energia. Resumen Las celdas de combustible impulsadas por fuentes renovables han ganado protagonismo debido a su alta eficiencia en la conversión de energía y a sus bajas emisiones contaminantes. Sin embargo, su aplicación aún enfrenta limitaciones relacionadas con el alto costo de los catalizadores, la baja eficiencia y la susceptibilidad al envenenamiento por monóxido de carbono (CO), especialmente en las reacciones de oxidación de alcoholes de bajo peso molecular, como el metanol y el etanol. En este contexto, esta tesis investigó electrocatalizadores a base de platino dopado con niobio (PtNb/C), evaluando el impacto de la dopación metálica y del soporte carbonoso en la actividad y estabilidad electrocatalítica para la oxidación de metanol y etanol. En la etapa inicial del estudio, se prepararon catalizadores Pt3Nb1/C mediante reducción química utilizando borohidruro de sodio como agente reductor, seguidos de caracterizaciones físicas y electroquímicas. Los resultados demostraron que la dopación con Nb promovió modificaciones electrónicas favorables para la oxidación del metanol, evidenciadas por un menor potencial de inicio (0,45 V para Pt3Nb1/C vs. 0,55 V para Pt/C) y mayores densidades de corriente. El Nb, presente en forma de óxidos (NbxOy), contribuyó a la eliminación de COads, aumentando la tolerancia al envenenamiento y mejorando la eficiencia de utilización del Pt, como lo indica el mayor área electroquímicamente activa (63,2 m2 g-1). En la segunda etapa, se investigó la producción de óxido de grafeno (GO) mediante exfoliación electroquímica a partir de grafito recuperado de pilas desechadas, enfocándose en el efecto de diferentes electrolitos ácidos (H₂SO4, HCl y HNO3). Los resultados mostraron que el HNO3 favoreció una mayor oxidación y separación de capas, conduciendo a la formación de GO con mayor contenido de grupos oxigenados y mayor espaciamiento interplanar, como revelaron los análisis de DRX, XPS, Raman y UV-Vis. La elección del electrolito demostró ser un factor determinante en la estructura y funcionalidad del GO obtenido, con implicaciones directas para su aplicación en sistemas electroquímicos. Finalmente, en la tercera etapa, se evaluó el uso del GO obtenido como soporte alternativo para los catalizadores PtNb. La comparación entre Pt3Nb1/C y Pt3Nb1/GO reveló que, aunque el GO mejora la morfología y la estructura del medio catalítico, el efecto más significativo en la actividad electrocatalítica está relacionado con la dopación con Nb. Aun así, el uso del GO resultó prometedor en términos de estabilidad, dispersión y posible sinergia estructural en la oxidación de alcoholes. El enfoque combinado de modificación metálica y desarrollo de soportes funcionales a partir de residuos electroquímicos apunta a soluciones innovadoras para el avance de tecnologías limpias de conversión directa de energía.viopenAccesscatalisadoresgrafenotecnologiasálcoois