Atividade eletrocatalítica de hidróxidos duplos lamelares decorados com nanopartículas plasmônicas

Resumo

A transição energética de uma economia dependente de combustíveis fósseis para uma que seja baseada em fontes renováveis exige o desenvolvimento de dispositivos eficientes e duradouros de conversão de energia, como baterias, eletrolisadores e células a combustível. O uso em larga escala desses dispositivos eletroquímicos é limitado pelas restrições cinéticas das reações redox que ocorrem em seu interior e pelo alto custo dos materiais utilizados como eletrodos. Para contornar essa questão, é crucial a pesquisa em eletrocatalisadores de baixo custo e abundantes, capazes de atingir altas densidades de corrente com sobrepotencial pequeno. Neste contexto, os eletrocatalisadores de (oxi)hidróxido de níquel e ferro, especialmente os hidróxidos duplos lamelares (LDH), emergem como uma alternativa nova e excitante para uma série de reações eletroquímicas em meio alcalino. Neste projeto, propomos uma abordagem inovadora para aumentar a atividade desses materiais, modificando-os pela ancoragem de nanopartículas com reconhecido efeito plasmônico quando irradiadas com luz visível. Nosso objetivo é sintetizar NiFe-LDHs por dois métodos, coprecipitação e em microfluídica, para, em seguida, modificá-los pela adição de nanopartículas de ouro e prata. Os elétrons na superfície dessas nanopartículas tornam-se excitados quando irradiados por luz, sendo que o ouro e a prata se destacam por apresentarem excitação na região visível, permitindo o uso da luz solar para promover o efeito. Os materiais serão caracterizados utilizando um amplo conjunto de técnicas de caracterização, que inclui Raman, microscopia eletrônica e difração de raio-X, com equipamentos de estado da arte disponíveis no IQ-USP. Através do uso de técnicas de caracterização eletroquímica tradicionais como voltametria cíclica, curvas de polarização e impedância avaliaremos a atividade eletrocatalítica desses materiais frente a quatro reações relevantes para a transição energética: reação de evolução de oxigênio, reação de evolução de hidrogênio, eletrorredução de CO2 e eletro-oxidação de etanol. O objetivo final será determinar as relações entre estrutura, composição e atividade dos materiais, tanto em condições de não-iluminação, quanto sob irradiação. O conhecimento adquirido através deste projeto será crucial para a aplicabilidade dos NiFe-LDHs como eletrocatalisadores em dispositivos eletroquímicos.