Atividade e seletividade de eletrocatalisadores de Au para a eletrorredução de dióxido de carbono em eletrólito ácido de estado sólido

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dc.contributor.advisor-co1Profeti, Demetrius
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0003-4565-3331
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5030262115789096
dc.contributor.advisor-co2Lima, Fábio Henrique Barros de
dc.contributor.advisor-co2IDhttps://orcid.org/0000-0001-5501-2429
dc.contributor.advisor-co2Lattesttp://lattes.cnpq.br/8978509213666235
dc.contributor.advisor1Profeti, Luciene Paula Roberto
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6517975282316378
dc.contributor.authorMarconsini, Lília Togneri
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0001-7020-5712
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/2030424424386369
dc.contributor.referee1Freitas, Marcos Benedito José Geraldo de
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0003-1521-774X
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3485939623614913
dc.contributor.referee2Sousa, Raphael Naqao
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0003-2692-0289
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/
dc.date.accessioned2025-09-10T18:34:30Z
dc.date.available2025-09-10T18:34:30Z
dc.date.issued2025-04-01
dc.description.abstractGold-based electrocatalysts are well known for their activity in the electrochemical reduction of CO2 (CO2RR) to CO in aqueous solution. However, under such experimental conditions, water electrolysis emerges as a competing reaction, reducing selectivity, and both size and dispersion of Au particles directly influence the catalytic performance of the electrodes. In this context, studies in the field of electrocatalysis have proposed gold-based electrocatalysts in gas diffusion electrodes (GDEs) towards mitigating mass transport limitations, enhancing CO2 solubility, and and suppressing the hydrogen evolution reaction (HER). Evidence has shown CO2RR in acidic media and in presence of alkali metal cations can inhibit the migration of undesirable species between the cell compartments and reduce carbonation. This study investigates CO2RR in H2SO4 and K2SO4 using Au-based electrocatalysts in GDEs. Such materials were synthesized via chemical reduction with NaBH4 and sputtering deposition. Structural and morphological characterization was performed by X-Ray Powder Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X Ray Spectroscopy (EDX) and Transmission Electron Microscopy (TEM) for providing detailed information on the properties of the GDE componentes and electrochemical experiments were conducted in zero-gap cell, where CO2 was supplied from the rear side of the GDE directly at the interface between the cathode and the Nafion membrane. Finally, electrochemical mass spectrometry (EC-MS) and gas chromatography (GC) assessed product distribution and quantification. The results showed electrocatalyst performance is strongly influenced by morphology and Au-Citrate catalyst achieved higher faradaic efficiency (FE) for CO, reaching values above 90%. In contrast, Au-sputtering formed a dense and homogeneous film, resulting in a lower number of active sites (specifically fewer low-coordination Au atoms), hence, reduced FE (maximum of 57%) and increased HER competition. A TEM analysis revealed structural modifications in Au-Citrate nanoparticles after electrolysis experiments, suggesting a coalescence process that, while potentially reducing the active surface area, may also expose new catalytically active sites, thereby enhancing CO2RR efficiency
dc.description.resumoEletrocatalisadores formados por Au são conhecidos pela sua atividade para a reação de redução eletroquímica de CO2 (RECO2) a CO em solução aquosa. No entanto, nessas condições experimentais, a eletrólise da água surge como uma reação paralela, diminuindo a seletividade. Além disso, o tamanho e a dispersão das partículas de Au afetam diretamente o desempenho catalítico dos eletrodos. Nesse sentido, trabalhos no campo da eletrocatálise têm proposto eletrocatalisadores de ouro em eletrodos de difusão de gás (GDE), com o objetivo de minimizar às limitações de transporte de massa, a solubilidade de CO2 e a ocorrência da reação de desprendimento de hidrogênio (HER). Aliado a isso, existem evidências de que a RECO2 em meio ácido e em presença de cátions de metais alcalinos, pode inibir a migração de espécies indesejadas entre os compartimentos da célula, bem como, reduzir a carbonatação. Portanto, neste estudo foi investigada a RECO2, em solução de H2SO4 e K2SO4, utilizando eletrocatalisadores de Au em GDEs. Os materiais foram preparados por meio das técnicas de redução química com NaBH4 e por sputtering (Au-Citrato e Au sputtering). As técnicas de caracterização de Difração de Raios-X (XRD), Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM), Espectroscopia de Raios-X por Dispersão em Energia (EDX) e Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) foram propostas para fornecer informações detalhadas sobre as propriedades dos materiais que compõem os GDEs. Ainda, ensaios eletroquímicos foram conduzidos em células zero-gap, com o fornecimento do CO2 pela parte posterior de um GDE diretamente na interface entre o cátodo e a membrana de Nafion. Por fim, a distribuição e quantificação dos produtos de reação foram avaliados por meio das técnicas de Espectrometria de Massas Eletroquímica (EC-MS) e Cromatografia em Fase Gasosa (GC). Os resultados mostraram que o desempenho dos eletrocatalisadores é fortemente influenciado pela morfologia. O Au-Citrato demonstrou maior eficiência faradaica (FE) para CO, alcançando valores acima de 90%. Em contraste, o Au-sputtering formou um filme denso e homogêneo, levando a um menor número de sítios ativos, ou seja, a um menor número de átomos de Au de baixa coordenação, o que reduziu sua FE (máxima de 57%) e aumentou a propensão à ocorrência da HER. Além disso, análises de TEM indicaram modificações estruturais nas nanopartículas de Au-Citrato após os experimentos de eletrólise, sugerindo um processo de coalescência que, embora possa reduzir a área superficial ativa, também pode expor novos sítios cataliticamente ativos, favorecendo a eficiência da RECO2
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa e Inovação do Espírito Santo (FAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/20366
dc.languagepor
dc.language.isopt
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Agroquímica
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Exatas, Naturais e da Saúde
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Agroquímica
dc.rightsopen access, restricted access ou embargoed access
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectEletrorredução de CO2
dc.subjectMeio ácido
dc.subjectCátions de metais alcalinos
dc.subjectCélula zero-gap
dc.subjectOuro
dc.subjectCO2 electroreduction
dc.subjectAcidic medium
dc.subjectAlkali metal cations
dc.subjectZero-gap cell;
dc.subjectGold
dc.subject.cnpqAgronomia
dc.titleAtividade e seletividade de eletrocatalisadores de Au para a eletrorredução de dióxido de carbono em eletrólito ácido de estado sólido
dc.title.alternativeActivity and selectivity of gold for the electrocatalytic reduction of CO2 in CO solid-state acid electrolyte
dc.typemasterThesis
foaf.mboxemail@ufes.br
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