Cobaltitas de cálcio dopadas com Fe como eletrocatalisadores para a reação de evolução de oxigênio

dc.contributor.advisorNascimento, Rubens Maribondo do
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8671649752936793pt_BR
dc.contributor.authorLima, Andrey José Moraes de
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4039901907607920pt_BR
dc.contributor.referees1Macedo, Daniel Araújo de
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1027496814443777pt_BR
dc.contributor.referees2Torres, Marco Antônio Morales
dc.contributor.referees2Latteshttp://lattes.cnpq.br/0091292234916055pt_BR
dc.contributor.referees3Silva, Rodolfo Bezerra da
dc.contributor.referees3Latteshttp://lattes.cnpq.br/6541188173799939pt_BR
dc.contributor.referees4Simões, Thiago Araújo
dc.contributor.referees4Latteshttp://lattes.cnpq.br/7903824177570749pt_BR
dc.date.accessioned2021-12-16T18:33:26Z
dc.date.available2021-12-16T18:33:26Z
dc.date.issued2021-06-21
dc.description.abstractThe electrolysis of alkaline solutions is one of the most used strategies for producing hydrogen (H2). This process distinguishes itself by breaking the water molecule (water splitting) through two semi-reactions: Hydrogen Evolution Reaction (HER, cathodic reaction) and Oxygen Evolution Reaction (OER, anodic reaction). The OER is fundamental for several electrochemical technologies related to generate and storage energy. New research for developing low-cost electrocatalysts with a good electrochemical activity using more earth abundant elements has intensified in recent years. The current work aims to study the effect of Fe doping on the OER of calcium cobaltites, Ca3Co4-xFexO9 (x = 0, 0.1, 0.4, and 0.8). Powders were obtained by a proteic sol-gel method using gelatin with calcination at 900 °C for 2 h. The resultant samples were characterized by X-ray diffraction (XRD) and field emission scanning electron microscopy (FESEM). X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) provided information on the chemical states of the surface, while Mössbauer spectroscopy confirmed the presence of Fe+2, Fe+3 and Fe+4 ions. The Fe+2 ions replace the Co ions in the Ca2CoO3 layer and the Fe+4 ions are located in the CoO2 layer. While the Fe+3 ions are present in the secondary phase Ca2Fe2O5 found in the samples. Fe has a strong preference for occupying octahedral sites in the CoO2 layer over the Ca2CoO3 layer in the calcium cobaltite maladjusted type structure. Linear scanning voltammetry (LSV), cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were used to analyze the electrochemical performance. The results indicated that Ca3Co3.2Fe0.8O9 needed the smallest overpotential of 320 mV to generate a current density of 10 mA cm-2.pt_BR
dc.description.resumoA eletrólise de soluções alcalinas é uma das estratégias mais utilizadas para a produção de hidrogênio (H2). Este processo se distingue por quebrar a molécula de água (separação da água) por meio de duas semi-reações: Reação de Evolução de Hidrogênio (HER, reação catódica) e Reação de Evolução de Oxigênio (OER, reação anódica). A OER é fundamental para diversas tecnologias eletroquímicas relacionadas à geração e armazenamento de energia. Novas pesquisas para o desenvolvimento de eletrocatalisadores de baixo custo com uma boa atividade eletroquímica utilizando elementos mais abundantes na terra têm se intensificado nos últimos anos. O presente trabalho tem como objetivo estudar o efeito da dopagem com Fe sobre a OER de cobaltitas de cálcio, Ca3Co4-xFexO9 (x = 0, 0,1, 0,4 e 0,8). Os pós foram obtidos pelo método de sol-gel proteico usando gelatina com calcinação a 900 ° C por 2 h. As amostras resultantes foram caracterizadas por difração de raios X (DRX) e microscópio eletrônico de varredura por emissão de campo (FESEM). A espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS) forneceu informações sobre os estados químicos da superfície, enquanto a espectroscopia Mössbauer confirmou a presença de íons Fe+2, Fe+3 e Fe+4. Os íons de Fe+2 substituem os íons de Co na camada Ca2CoO3 e os íons de Fe+4 estão localizados na camada CoO2. Enquanto que os íons de Fe+3 estão presentes na fase secundária Ca2Fe2O5 encontrada nas amostras. O Fe tem uma forte preferência por sítios octaédricos na camada de CoO2 em vez da camada de Ca2CoO3 na estrutura do tipo desajustado de cobaltita de cálcio. Voltametria de varredura linear (LSV), voltametria cíclica (CV) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) foram utilizadas para analisar o desempenho eletroquímico. Os resultados indicam que Ca3Co3.2Fe0.8O9 precisa do menor sobrepotencial de 320 mV para gerar uma densidade de corrente de 10 mA cm-2.pt_BR
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqpt_BR
dc.identifier.citationLIMA, Andrey José Moraes de. Cobaltitas de cálcio dopadas com Fe como eletrocatalisadores para a reação de evolução de oxigênio. 2021. 83f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/45427
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAISpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectCobaltita de cálciopt_BR
dc.subjectReação de evolução de oxigêniopt_BR
dc.subjectEspectroscopia Mössbauerpt_BR
dc.subjectCaracterização eletroquímicapt_BR
dc.titleCobaltitas de cálcio dopadas com Fe como eletrocatalisadores para a reação de evolução de oxigêniopt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR

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