Desenvolvimento de eletrocatalisadores metálicos de baixo custo (Ni, Cu e Zn) para redução de CO2

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dc.contributor.advisor1Ribeiro, Josimar
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-9544-1647
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1265145498501171
dc.contributor.authorBarcelos, Marcela Miranda
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0009-0000-4612-0524
dc.contributor.referee1Rosa, Thalles Ramon
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0001-9913-5885
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2629035369494897
dc.contributor.referee2Luz, Priscilla Paiva
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-9460-546X
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/3663470249824660
dc.date.accessioned2025-07-03T23:38:55Z
dc.date.available2025-07-03T23:38:55Z
dc.date.issued2025-01-30
dc.description.abstractDue to a series of environmental problems resulting from the burning of fossil fuels, it has led to an increase in CO2 emissions into the atmosphere, and it is clear that alternatives need to be considered. For example, electrochemical reduction of CO2 (RECO2) appears as a promising alternative to mitigate the impacts of high CO₂ emissions into the atmosphere. Therefore, the objective of this work is to investigate the metallic electrocatalysts of Cu, Ni and Zn for electrochemical reduction of CO2. In order to characterize morphological modifications of the metallic electrodes, X-ray diffraction (XRD) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) techniques were used. The results of the XRD analyses revealed that the surface treatments did not alter the structure of the materials. The electrochemical polishing process of copper led to a mostly homogeneous morphology. On the other hand, the ultrasonic process in organic solvent allowed the increase of the roughness of the nickel and zinc electrodes, obtaining a heterogeneous morphology due to the surface reorganization of the materials. The electrochemical studies were performed using Linear Scanning Voltammetry (LSV), the potentiodynamic polarization technique and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). The EIS was performed at two different potentials: −0.4 V and −0.6 V vs. Ag/AgCl. The EIS results allowed the identification of substantial changes that occurred before and after the treatment of the electrodes. For the Cu and Ni electrodes, the EIS data indicate greater kinetics, i.e., lower charge transfer resistance. For the Zn electrode, the results indicate that there was competition in the hydrogen evolution reaction (HER). The LVS showed that the Cu and Ni electrodes showed a high current density for the electrochemical reduction reaction of CO2. It was observed that the uniform metallic copper surface acts as an inhibitor of the HER, resulting in a decrease in the overpotential and an increase in the current density for the CO2 reduction reactions. The nuclear magnetic resonance results obtained after the chronoamperometry experiments (constant potential of −2.0 V vs. Ag/AgCl in K2CO3 0.5 mol L–1 for 2 h) indicated the formation of some products from RECO2 such as: ethane, acetone and acetate. These results demonstrate the great potential of these electrocatalysts for the electrochemical reduction of CO2.
dc.description.resumoDevido a uma série de problemas ambientais decorrentes da queima de combustíveis fósseis, tem levado ao aumento das emissões de CO2 na atmosfera, ficando claro que alternativas precisam ser consideradas. Por exemplo, a redução eletroquímica de CO2 (RECO2), apresenta-se como uma alternativa promissora para mitigar os impactos das elevadas emissões de CO₂ na atmosfera. Portanto, o objetivo deste trabalho é investigar os eletrocatalisadores metálicos de Cu, Ni e Zn para redução eletroquímica de CO2. A fim de caracterizar modificações morfológicas dos eletrodos metálicos, foram empregadas as técnicas de difração de raio X (DRX), espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDS). O resultado das análises por DRX revelaram que os tratamentos da superfície não alteraram a estrutura dos materiais. O processo de polimento eletroquímico do cobre levou a uma morfologia majoritariamente homogênea. Por outro lado, o processo ultrassônico em solvente orgânico possibilitou o aumento da rugosidade dos eletrodos de níquel e zinco, obtendo uma morfologia heterogênea devido à reorganização superficial dos materiais. Os estudos eletroquímicos foram realizados utilizando a Voltametria de Varredura Linear (VVL), a técnica de polarização potenciodinâmica e Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE). A EIE foi realizada em dois potenciais distintos: −0,4 V e −0,6 V vs. Ag/AgCl. Os resultados de EIE permitiram identificar mudanças substanciais ocorridas antes e após o tratamento que os eletrodos. Para os eletrodos de Cu e de Ni, os dados de EIE indicam uma maior cinética, ou seja, menor resistência de transferência de carga. Já para o eletrodo de Zn os resultados indicam que houve competição na reação de desprendimento de hidrogênio (RDH). A VVL mostrou que os eletrodos de Cu e Ni evidenciaram uma elevada densidade de corrente para a reação de redução eletroquímica de CO2. Observou-se que a superfície uniforme de cobre metálico atua como inibidora da RDH, resultando na diminuição do sobrepotencial e no aumento da densidade de corrente para as reações de redução de CO2. Os resultados de ressonância magnética nuclear obtidos após os experimentos de cronoamperometria (potencial constante de −2,0 V vs. Ag/AgCl em K2CO3 0,5 mol L–1 por 2 h) indicaram a formação de alguns produtos provenientes da RECO2 como: etano, acetona e acetato. Esses resultados evidenciam o grande potencial destes eletrocatalisadores para a redução eletroquímica de CO2.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/19863
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Química
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Exatas
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química
dc.rightsopen access
dc.subjectEletrodos de cobre
dc.subjectNíquel e zinco
dc.subjectRedução de CO2
dc.subject.cnpqQuímica
dc.titleDesenvolvimento de eletrocatalisadores metálicos de baixo custo (Ni, Cu e Zn) para redução de CO2
dc.title.alternativeDevelopment of low-cost metallic electrocatalysts (Ni, Cu and Zn) for CO2 reduction
dc.typemasterThesis
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