Electrocatalytic properties and applications of transition metal catalysts - Amorim, Isilda Catarina da Silva (2023)
O rápido crescimento populacional e a industrialização têm contribuído para a poluição ambiental devido ao uso de combustíveis fósseis para produção de energia e na libertação de contaminantes nas águas, o que representa uma ameaça aos ecossistemas, causando efeitos tóxicos em organismos vivos. O hidrogénio verde produzido a partir da eletrólise eletroquímica da água, usando fontes de energia renovável, tem surgido como uma solução mais sustentável para o fornecimento global de energia, tendo o potencial de promover a obtenção dos objetivos da neutralidade de carbono, por descarbonização em áreas como o transporte e as indústrias. Além disso, os sensores eletroquímicos têm sido reconhecidos como ferramentas cruciais para monitorizar informações químicas abrangentes, em particular na deteção de analitos perigosos e contaminantes residuais nas águas, como compostos fenólicos. De forma a obter tecnologias de alto desempenho, estas aplicações eletroquímicas requerem eletrocatalisadores mais eficientes e económicos. Esta tese foca por isso no desenvolvimento de materiais avançados com excelente atividade catalítica, com ênfase em fosforetos de metais de transição (FMTs). Vários materiais FMTs com diferentes morfologias, como nanofios e nanopartículas, foram sintetizados com sucesso e extensivamente caracterizados usando técnicas como microscopia eletrónica de varrimento (MEV), microscopia eletrónica de transmissão (MET), difração de raios X (DRX) e espectroscopia de fotoeletrões por raios X. Posteriormente, os materiais CoP-CoTe2 , Co-Ni-P/NF e CoNiP-Ir@CP foram investigados como materiais de elétrodo para a eletrólise da água. Os resultados demonstraram que tanto o CoP-CoTe2 como o Co-Ni-P/NF exibem um desempenho superior na eletrólise de água por membrana bipolar usando uma configuração de “polarização inversa” em comparação com a eletrólise de água por membrana de troca aniónica. Além disso, a configuração de “polarização direta” levou a um potencial menor através da redução da energia elétrica por meio da neutralização eletroquímica. O material CoNiP-Ir@CP, com reduzido teor de metal precioso, mostrou ser eficaz na eletrólise da água por membrana de troca de protões com excelente estabilidade. Além disso, CoNiP@rGO e xerogéis de carbono (CXs) foram investigados na deteção de compostos fenólicos. A interação sinérgica entre CoNiP e rGO facilitou a modulação da estrutura eletrónica, levando a um melhor desempenho catalítico do CoNiP@rGO, que resultou numa alta sensibilidade e baixo limite de deteção de Bisfenol A por parte do CoNiP@rGO. Além disso, os CXs mostraram propriedades texturais e químicas favoráveis para a deteção de hidroquinona, superando o rGO, tornando-os num excelente material de suporte para incorporar FMTs.