Síntese e estudo do óxido de alta entropia (Fe0,2,Ni0,2Co0,2Al0,2Zn0,2)3O4 pelo método sol-gel assistido por polivinilpirrolidona (PVP) e sua aplicação como eletrocatalisador para a reação de evolução de oxigênio

dc.contributor.advisorGomes, Uilame Umbelinopt_BR
dc.contributor.advisor-co1Torres, Marco Antonio Moralespt_BR
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0091292234916055
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/9858094266525225
dc.contributor.authorVasconcelos, Gabriel dos Santos
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/2806155952751330
dc.contributor.referees1Mashhadikarimi, Meysampt_BR
dc.contributor.referees1IDhttps://orcid.org/0000-0003-1449-3654
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9422624675887080
dc.contributor.referees2Silva, Ariadne de Souza
dc.contributor.referees2IDhttps://orcid.org/0009-0002-9675-0748
dc.contributor.referees2Latteshttp://lattes.cnpq.br/5623381698478389
dc.contributor.referees3Raimundo, Rafael Alexandrept_BR
dc.contributor.referees3IDhttps://orcid.org/0000-0002-9943-9464
dc.contributor.referees3Latteshttp://lattes.cnpq.br/9772819884310876
dc.date.accessioned2026-02-02T20:37:28Z
dc.date.available2026-02-02T20:37:28Z
dc.date.issued2025-06-02
dc.description.abstractHigh-entropy oxides (HEOs) have emerged as a promising class of functional materials due to their tunable electrochemical and magnetic properties, with potential applications in electrocatalysis, energy storage, and electronic devices. In this context, the present study aims to synthesize and thoroughly characterize the high-entropy oxide (Fe₀.₂Ni₀.₂Co₀.₂Al₀.₂Zn₀.₂)₃O₄, referred to as HEO-600, synthesized at 600 °C via the sol-gel method assisted by polyvinylpyrrolidone (PVP). Additional samples were produced at higher temperatures, revealing the formation of distinct crystalline phases, including spinel-type and rock-salt structures. Structural and compositional characterization was carried out using various techniques, including X-ray diffraction (XRD), field-emission scanning electron microscopy (FEG-SEM) with energy-dispersive spectroscopy (EDS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and transmission electron microscopy (TEM). XPS analysis confirmed the equimolar composition of the elements in the HEO-600 sample, whereas the EDS analysis revealed a homogeneous distribution of cations, corroborating the formation of a uniform solid solution. TEM micrographs showed well-dispersed, non-agglomerated particles with an average size of 9.2 nm. The magnetic properties of the HEO-600 sample were investigated using Mössbauer spectroscopy, direct current (DC) magnetometry, and alternating current (AC) magnetometry. The Mössbauer spectrum indicated that iron ions were distributed between tetrahedral (A) and octahedral (B) sites in a 43% and 57% ratio, respectively, confirming a partially inverted spinel structure. Magnetic susceptibility measurements (DC and AC) revealed superparamagnetic behavior at room temperature, as well as the presence of a spin glass-like phase, with a transition temperature at 206 K. This magnetic phase was suppressed under an external field of approximately 4300 Oe, highlighting the complexity of magnetic interactions in the system. In addition to structural characterization, spectroscopic and electrochemical analyses were performed to evaluate the catalytic potential of the HEO-600 sample for the oxygen evolution reaction (OER). Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy provided additional information on the vibrational configuration of the system, and the chemical bonds present in the oxide. Electrochemical experiments demonstrated that the HEO-600 sample exhibits promising performance for OER, with an overpotential of 358 mV at a current density of 10 mA cm⁻². This value indicates competitive catalytic activity compared to other transition metal-based high-entropy oxides. Thus, this work significantly contributes to the advance in the understanding of the structural, magnetic, and electrochemical properties of high-entropy oxides. The results obtained not only expand the knowledge of the correlation between synthesis, structure, and properties of these materials but also highlight their potential for technological applications in electrochemical catalysis.
dc.description.resumoOs óxidos de alta entropia (HEO’s, do inglês High Entropy Oxides) têm se destacado como uma classe promissora de materiais funcionais devido às suas propriedades eletroquímicas e magnéticas ajustáveis, com potencial aplicação em catálise, armazenamento de energia e dispositivos eletrônicos. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo a síntese e caracterização detalhada do óxido de alta entropia (Fe0,2Ni0,2Co0,2Al0,2Zn0,2)3O4, denominado HEO-600, sintetizado a 600 ºC pelo método sol-gel assistido por polivinilpirrolidona (PVP). Amostras adicionais foram produzidas em temperaturas superiores, evidenciando a formação de fases cristalinas distintas, incluindo estruturas do tipo espinélio e Sal-gema. A caracterização estrutural e composicional foi realizada por diversas técnicas, incluindo difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (MEV-FEG) com espectroscopia de energia dispersiva (EDS), espectroscopia de fotoelétrons por raios X (XPS) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Os resultados da análise por XPS confirmaram a composição equimolar dos elementos na amostra HEO-600, enquanto a análise por EDS revelou uma distribuição homogênea dos cátions, corroborando a formação de uma solução sólida homogênea. As micrografias por TEM evidenciaram partículas bem dispersas e não agregadas, com um tamanho médio de 9,2 nm. A investigação das propriedades magnéticas da amostra HEO-600 foi realizada por espectroscopia Mössbauer, magnetometria de corrente contínua (DC) e magnetometria de corrente alternada (AC). O espectro Mössbauer indicou que os íons de ferro estavam distribuídos entre os sítios tetraédricos (A) e octaédricos (B) na proporção de 43% e 57%, respectivamente, confirmando uma estrutura espinélio parcialmente invertida. As medições de susceptibilidade magnética (DC e AC) revelaram um comportamento superparamagnético à temperatura ambiente, além da presença de uma fase tipo vidro de spin, com temperatura de transição em 206 K. Essa fase magnética foi suprimida sob um campo externo de aproximadamente 4300 Oe, evidenciando a complexidade das interações magnéticas no sistema. Além da caracterização estrutural, foram realizadas análises espectroscópicas e eletroquímicas para avaliar o potencial da amostra HEO-600 como catalisador na reação de evolução de oxigênio (OER). A análise de espectroscopia de espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) forneceram informações adicionais sobre a configuração vibracional do sistema e as ligações químicas presentes no óxido. Os experimentos eletroquímicos demonstraram que a amostra HEO-600 apresenta um desempenho promissor para OER, com um sobrepotencial de 358 mV a uma densidade de corrente de 10 mA cm⁻². Esse valor indica uma atividade catalítica competitiva em comparação com outros materiais baseados em óxidos de alta entropia de metais de transição. Dessa forma, este trabalho contribui significativamente para o avanço no entendimento das propriedades estruturais, magnéticas e eletroquímicas dos óxidos de alta entropia. Os resultados obtidos não apenas ampliam o conhecimento sobre a correlação entre síntese, estrutura e propriedades desses materiais, mas também ressaltam seu potencial para aplicações tecnológicas em catálise eletroquímica.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
dc.identifier.citationVASCONCELOS, Gabriel dos Santos. Síntese e estudo do óxido de alta entropia (Fe0,2,Ni0,2Co0,2Al0,2Zn0,2)3O4 pelo método sol-gel assistido por polivinilpirrolidona (PVP) e sua aplicação como eletrocatalisador para a reação de evolução de oxigênio. Orientador: Dr. Uílame Umbelino Gomes. 2025. 98f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2025.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/68060
dc.language.isopt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Norte
dc.publisher.countryBRpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAISpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectEspinélio de alta entropia
dc.subjectReação de evolução de oxigênio (OER)
dc.subjectCaracterização estrutural
dc.subjectEspectroscopia Mössbauer
dc.subjectPropriedades magnéticas
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA
dc.titleSíntese e estudo do óxido de alta entropia (Fe0,2,Ni0,2Co0,2Al0,2Zn0,2)3O4 pelo método sol-gel assistido por polivinilpirrolidona (PVP) e sua aplicação como eletrocatalisador para a reação de evolução de oxigênio
dc.typemasterThesispt_BR

Arquivos

Pacote Original

Agora exibindo 1 - 1 de 1
Nenhuma Miniatura disponível
Nome:
Sinteseestudooxido_Vasconcelos_2025.pdf
Tamanho:
4.19 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Nenhuma Miniatura disponível
Baixar

Licença do Pacote

Agora exibindo 1 - 1 de 1
Nenhuma Miniatura disponível
Nome:
license.txt
Tamanho:
1.53 KB
Formato:
Item-specific license agreed upon to submission
Nenhuma Miniatura disponível
Baixar