Síntese verde e efeito da dopagem de Manganês nas propriedades de eletrodos à base de óxidos de valência mista MnXCo3-XO4 (0 ≤ X ≤ 1) para reação de evolução de oxigênio
dc.contributor.advisor | Gomes, Uilame Umbelino | |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/9858094266525225 | pt_BR |
dc.contributor.author | Santos, Jakeline Raiane Dora dos | |
dc.contributor.authorID | https://orcid.org/0000-0002-1983-8298 | pt_BR |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/6536956061624728 | pt_BR |
dc.contributor.referees1 | Mashhadikarimi, Meysam | |
dc.contributor.referees1Lattes | http://lattes.cnpq.br/9422624675887080 | pt_BR |
dc.contributor.referees2 | Macedo, Daniel Araújo de | |
dc.contributor.referees3 | Lima, Maria José Santos | |
dc.contributor.referees4 | Raimundo, Rafael Alexandre | |
dc.date.accessioned | 2023-02-14T20:23:40Z | |
dc.date.available | 2023-02-14T20:23:40Z | |
dc.date.issued | 2022-12-28 | |
dc.description.abstract | In recent decades, with the exponential growth of the population, the intensification of fossil fuel use has generated major impacts on the environment. In this scenario, the worldwide interest in the development and use of clean, sustainable, and renewable energy resources has become necessary. An increasing solution is the use of Hydrogen (H2) that has been considered as the most promising renewable energy source to supply the growing global demand. Thus, among the methods for producing Hydrogen that has received a lot of attention is water splitting, which occurs through two half-reactions: the Hydrogen evolution reaction (HER) and the Oxygen evolution reaction (OER). However, the OER is a slow reaction, due to the many steps involved in the process. Therefore, the development of effective electrocatalysts to accelerate the reaction and reduce the overpotential is of extreme value. Within this perspective, mixed valence oxides present themselves as efficient electrocatalysts for OER due to their multiple valence states, their abundance in nature, their low cost, and the possibility of obtaining them by several synthesis methods. Among the methods for obtaining mixed valence oxides, the green synthesis using organic precursors has stood out because it allows the preparation of single phase nanoparticles, with good homogeneity and in a sustainable way, minimizing the waste generated to the environment. In this context, this work presents the green synthesis of mixed valence oxide of the MnXCo3-XO4 (0≤X ≤1) type, using Agar-Agar as organic precursor. In view of this, the powders were calcined at 1173 K and characterized by various analyses such as X-ray diffraction (XRD), Field emission scanning electron microscopy (FESEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), Raman spectroscopy, ultraviolet-visible spectroscopy (UV-Vis), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Vibrating Sample Magnetometer (VSM) and were also investigated as electrocatalysts for the oxygen evolution reaction (OER) in alkaline medium. Through XRD analysis, it was observed that pure cubic phase was obtained for all samples. The presence of Co3+, Co2+, Mn2+, Mn3+ and Mn4+ was confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). With respect to OER, the best result was observed for the MnCo2O4 sample (X=1,0), which obtained an overpotential of 299 mV vs. RHE, thus, the good electrocatalytic performance of this material compared to electrodes in the literature is explained by the presence of Manganese doping in the MnXCo3-XO4, system especially Mn+3, which due to its electronic configuration, has a distortion in the structure, which favors charge and mass transport processes. Moreover, the same sample showed a lower Tafel value of 52 mV dec-1 and excellent electrochemical stability for 15 h. Therefore, the green synthesis method presented in this work, showed great potential for obtaining electrocatalysts used in the oxygen evolution reaction for water electrolysis. | pt_BR |
dc.description.resumo | Nas últimas décadas, com o crescimento exponencial da população, a intensificação do uso de combustíveis fósseis tem gerado grandes impactos ao meio ambiente. Neste cenário, o interesse mundial no desenvolvimento e utilização de recursos de energia limpa, sustentável e renovável tornou-se necessária. Uma solução em ascensão é o uso do Hidrogênio (H2) que tem sido considerado como a mais promissora fonte de energia renovável para suprir a crescente demanda global. Assim, entre os métodos de produção do Hidrogênio, que tem recebido bastante atenção, é a eletrólise da água, que ocorre através de duas semi-reações: a reação de evolução do Hidrogênio (HER, siglas em inglês) e a reação de evolução de Oxigênio (OER). No entanto, a OER é uma reação lenta, devido às várias etapas envolvidas no processo. Logo, o desenvolvimento de eletrocatalisadores eficazes para acelerar a reação e reduzir o sobrepotencial é de extrema valia. Dentro dessa pespectiva, os óxidos de valência mista se apresentam como eficientes eletrocatalisadores para OER devido a seus múltiplos estados de valência, a serem abundantes na natureza, de baixo custo e pela possibilidade de obtenção por diversos métodos de síntese. Dentre os métodos de obtenção dos óxidos de valência mista, a síntese verde usando precursores orgânicos tem se destacado por permitir a preparação de nanopartículas monofásicas, com boa homogeneidade e de forma sustentáveis, minimizando os resíduos gerados ao meio ambiente. Neste contexto, este trabalho apresenta a síntese verde de óxido de valência mista do tipo MnXCo3-XO4 (0≤X ≤1), usando Agar-Agar como precursor orgânico. Diante disso, os pós foram calcinados a 1173 K e caracterizados por várias análises como Difração de raios X (DRX), Microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (FESEM), Microscopia eletrônica de transmissão (TEM), Espectroscopia Raman, espectroscopia no ultravioleta visível (UV-Vis), Espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), Espectroscopia de fotoelétrons por raios X (XPS), Magnetometria de Amostra Vibratória (VSM) e foram investigados também como eletrocatalisadores para a reação de evolução de oxigênio (OER) em meio alcalino. Através da análise da DRX, observou-se que a fase cúbica pura foi obtida para todas as amostras. A presença de Co3+, Co2+, Mn2+, Mn3+, e Mn4+ foi confirmada por espectroscopia de raios X (XPS). No que diz respeito a OER, o melhor resultado foi observado para a amostra MnCo2O4 (X=1,0), que obteve um sobrepotencial de 299 mV vs. RHE, logo, o bom desempenho eletrocatalítico deste material em comparação com eletrodos da literatura é explicado pela presença da dopagem do Manganês no sistema MnXCo3-XO4, especialmente o Mn+3, que devido a sua configuração eletrónica, possui uma distorção na estrutura, que favorece os processos de transporte de cargas e massa. Além disso, a mesma amostra apresentou um menor valor de Tafel de 52 mV dec-1 e excelente estabilidade eletroquímica por 15 h. Portanto, o método de síntese verde apresentado neste trabalho, mostrou grande potencial para a obtenção de eletrocatalisadores utilizados na reação de evolução de oxigênio para a eletrólise da água. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | pt_BR |
dc.identifier.citation | SANTOS, Jakeline Raiane Dora dos. Síntese verde e efeito da dopagem de Manganês nas propriedades de eletrodos à base de óxidos de valência mista MnXCo3-XO4 (0 ≤ X ≤ 1) para reação de evolução de oxigênio. Orientador: Uílame Umbelino Gomes. 2022. 120f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/51289 | |
dc.language | pt_BR | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFRN | pt_BR |
dc.publisher.program | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | Engenharia de materiais | pt_BR |
dc.subject | Síntese verde | pt_BR |
dc.subject | Óxidos de valência mista | pt_BR |
dc.subject | Eletrocatalisadores | pt_BR |
dc.subject | Reação de evolução de oxigênio (OER) | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA | pt_BR |
dc.title | Síntese verde e efeito da dopagem de Manganês nas propriedades de eletrodos à base de óxidos de valência mista MnXCo3-XO4 (0 ≤ X ≤ 1) para reação de evolução de oxigênio | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
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