Desenvolvimento de catalisadores a base de fosfetos metálico para eletroredução seletiva e eficiente de CO2

Resumo

A redução eletrocatalítica do dióxido de carbono (CO2) em moléculas orgânicas (C2+) oferece uma alternativa promissora para lidar com as mudanças climáticas e facilitar a produção de energia sustentável e produtos químicos. Apesar das pesquisas relacionadas a redução eletroquímica remontarem do final de 1960, ainda há desafios tecnológicos e fundamentais a serem enfrentados nesse campo. Esses desafios incluem o aprimoramento da atividade eletrocatalítica, a redução do sobrepotencial e o controle da seletividade dos compostos produzidos, todos diretamente influenciados pela natureza do catalisador e pelas condições da reação. Em estudos recentes, uma nova classe de compostos conhecidos como fosfetos metálicos (FM) tem atraído a atenção para reações eletroquímicas de conversão de CO2. Esses compostos são considerados alternativas aos metais nobres para reações de evolução de hidrogênio (REH), reação competitiva à reação de redução de CO2 (CO2RR). No entanto, descobertas recentes indicam que a incorporação de átomos de fósforo a rede cristalina de metais de transição pode induzir a formação de ligações insaturadas na superfície do material, favorecendo assim a dimerização de moléculas de CO2. Estudos eletroquímicos mostraram que os fosfetos metálicos apresentam alta condutividade e resistência química em uma ampla faixa de pH, demonstrando sua versatilidade em trabalhar em condições neutras e alcalinas. Embora promissores, há poucos relatos sobre a aplicação de fosfetos metálicos para CO2RR na produção de produtos com alto valor agregado. Isso ressalta a necessidade de avançar em nossa compreensão do potencial eletrocatalítico desses materiais e elucidar a função do fósforo no processo. Este estudo pretende preencher essas lacunas de conhecimento investigando o potencial eletrocatalítico do fosfeto de níquel (NiPx) e do fosfeto de cobre (CuPx) em um sistema eletroquímico de fluxo e de alta corrente. O supervisor proposto, Prof. Dr. Cao Thang Dihn, possui experiência em engenharia de células eletroquímicas e avaliação de processos, o que torna sua supervisão crucial para o sucesso desse projeto. Ao validar o potencial catalítico desses materiais em condições extremas, podemos expandir a gama de catalisadores ativos para transformar CO2 em compostos de valor agregado, trabalhando assim para alcançar emissões líquidas zero, uma meta alinhada com o 13º Objetivo de Desenvolvimento Sustentável estabelecido pelas Nações Unidas. A execução bem-sucedida desse projeto estará intimamente ligada ao processo FAPESP mencionado anteriormente, que fornece recursos para o desenvolvimento de materiais funcionais e sistemas eletroquímicos eficazes. Os catalisadores serão sintetizados usando métodos de precipitação seguidos de fosfatização térmica, e serão aplicados em um sistema de fluxo eletroquímico com potenciais e taxas de fluxo variáveis para otimizar a configuração. Técnicas avançadas de caracterização, incluindo XPS e FTIR, serão empregadas para estudar a cinética de formação de produtos, enquanto NMR/HPLC e GC serão usados para quantificar os compostos gerados. (AU)