Electrocatálise VI: aspectos fundamentais e aplicados em problemas emergentes e clássicos em conversão eletroquímica de energia

• Processo: 19/22183-6
• Linha de fomento: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Vigência: 01 de julho de 2020 - 30 de junho de 2025
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Edson Antonio Ticianelli
• Beneficiário: Edson Antonio Ticianelli
• Instituição-sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Pesquisadores principais: Fabio Henrique Barros de Lima ; Germano Tremiliosi Filho ; Hamilton Brandão Varela de Albuquerque ; Sydney Ferreira Santos
• Pesq. associados: Denis Ricardo Martins de Godoi ; Joelma Perez
• Bolsa(s) vinculada(s): 22/05016-1 - Investigação de catalisadores M-N-C (M=Fe,Co) preparados usando a molécula de TPTZ para a reação de redução de oxigênio em células a combustível PEMFC, BP.IC; 22/07207-9 - Eletrodos a base de Au e Cu modificados superficialmente por moléculas funcionais com grupos alcalinos e hidrofóbicos para a redução de dióxido de carbono, BP.PD; 21/13564-6 - Instabilidades cinéticas na eletro-oxidação do isopropanol sobre Pt e Pt-Ru, BP.MS; + mais bolsas vinculadas 20/11947-2 - Projetando electrocatalisadores: dos primeiros princípios às aplicações eficientes na geração de energia limpa, BP.PD; 21/14163-5 - Eletrocatalisadores impregnados com líquidos iônicos para eletrorredução de dióxido de carbono, BP.PD; 21/03263-9 - Redução eletroquímica de CO2 para produtos C1 e C2 sobre catalisadores formados por complexos de cobre com potencial comportamento dinâmico entre ligante-Cu2 e Cu metálico, BP.DR; 21/01268-3 - Modificações superficiais de filmes finos nanoestruturados de sulfeto de cobre: uma nova estratégia para aprimorar a geração de gás hidrogênio e redução de dióxido de carbono, BP.PD; 21/01009-8 - Investigação de estruturas eletrocatalitícas de Fe-Nx/c para a reação de evolução de hidrogênio em meios ácidos e básicos, BP.IC; 21/01869-7 - Investigação de selenetos de Ni e Co dopados com Ir e Ag como eletrocatalisadores das reações de evolução/redução de oxigênio e de evolução/oxidação de hidrogênio em meio alcalino, BP.DD; 20/15632-6 - Síntese de novos materiais MXenes, BP.PD; 21/00908-9 - Atividade e estabilidade de eletrocatalizadores de óxido de manganês estabilizados por ligantes orgânicos para a oxidação da água, BP.DD; 18/10415-7 - Funcionalização de Eletrocatalisadores de Au com Ditiocarbamatos Derivados do Imidazol: Explorando a Junção Molecular como Estratégia para a Eletro-redução de Dióxido de Carbono., BP.PD; 17/00433-5 - Desenho e síntese de electrocatalisador multifuncional sem metais em fios de fibra de carbono para redução de oxigênio e reações de desprendimento de oxigênio e hidrogênio, BP.PD - menos bolsas vinculadas
• Assunto(s): Eletroquímica Eletrocatálise Eletrocatalisadores Oxidação Conversão de energia elétrica Energia renovável

Resumo

O rápido desenvolvimento tecnológico que tem sido verificado mundo atual elevou a demanda das energias elétrica/mecânica a níveis bastante acima da capacidade de sua geração exclusivamente a partir de fontes sustentáveis/renováveis. Isso implica que frações significativas da energia hoje utilizada são derivadas a partir de combustíveis fósseis, cuja consequência é o acentuado efeito negativo sobre o meio ambiente, um deles associado à liberação de dióxido de carbono na atmosfera, considerada uma das principais causas do aquecimento global. Dessa forma, há uma clara necessidade de remover continuamente esse poluente da atmosfera e de aprimorar o uso, particularmente no Brasil, de combustíveis renováveis à base de biomassa que levam emissão quase nula de carbono, e de desenvolver e aumentar a eficiência e a versatilidade de sistemas de conversão de energia elétrica gerada em turbinas fotovoltaicas, solares, eólicas e em sistemas hidráulicos. Consistentemente com essas diretrizes gerais, os principais objetivos deste projeto incluem investigações de processos eletrocatalíticos com o objetivo de melhorar a eficiência dos sistemas de conversão de energia relacionados a (i) redução eletroquímica de dióxido de carbono para "armazenar" energia elétrica e, ao mesmo tempo, gerar produtos com valor agregado, tais como hidrocarbonetos líquidos, olefinas, metano, ácido fórmico, metanol, etanol, etc.; (ii) processos de conversão de energia eletroquímica em eletrolisadores de água e de nitrogênio e em células de combustível, com o objetivo de melhorar a eficiência da conversão de energia elétrica em energia química armazenada em espécies transportadoras como hidrogênio molecular, ácido fórmico, syngas, amônia etc. e vice- versa; (iii) a eletrocatálise da oxidação de álcoois e outras moléculas e o desenvolvimento de células a combustível de álcool direto foto-assistidas movidas a energia solar, com foco na melhoria da compreensão dos processos básicos e aplicados relacionados à conversão de energia e síntese de produtos de valor agregado. Em todos os casos, diferentes tipos de eletrocatalisadores e fotoeletrocatalisadores maciços ou nanoestruturados serão investigados. Um objetivo importante é determinar os parâmetros que governam a atividade (foto)-eletrocatalítica, a estabilidade dos materiais, os mecanismos reacionais e as instabilidades cinéticas, para a construção de eletrolisadores/células de combustível inovadores e produção/utilização dos diferentes transportadores de energia. Sete pesquisadores experientes, assistidos por quatro técnicos de laboratório, formam a equipe permanente de pesquisadores. Espera-se que um grupo de aproximadamente 30 pesquisadores de pós-doutorado e estudantes de iniciação científica, mestrado e doutorado participe das atividades de pesquisa, enfatizando a alta prioridade dada à formação de recursos humanos altamente qualificados. (AU)

Publicações científicas

(13)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

PUPPIN, LARA G.; DA SILVA, LUIS F.; CARMO, MARCELO; VARELA, HAMILTON; LOPES, OSMANDO F.. Effect of the oxidation state and morphology of SnOx-based electrocatalysts on the CO2 reduction reaction. Journal of Materials Research, v. 36, n. 20, SI, p. 4240-4248, OCT 28 2021. (16/09746-3, 13/16930-7, 17/09713-0, 19/22183-6)

DO REGO, ULISSES ALVES; SGARBI, RICARDO; LOPES, THIAGO; DOS SANTOS, CLENILTON COSTA; TANAKA, AURO A.; TICIANELLI, EDSON A.. Effect of Substrate and Pyrolysis Atmosphere of FeNx Materials on Electrocatalysis of the Oxygen Reduction Reaction. ELECTROCATALYSIS, v. 12, n. 5, p. 548-563, SEP 2021. (19/22183-6, 17/15304-6, 14/22130-6)

FERREIRA, GRAZIELA C. A.; KHALID, MOHMMAD; NAPPORN, TEKO W.; TORRESI, ROBERTO M.; VARELA, HAMILTON. urface and Volumetric Phenomena on Polyaniline-Supported Electrocatalyst. Journal of Physical Chemistry C, v. 125, n. 47, p. 26073-26083, DEC 2 2021. (13/16930-7, 15/26308-7, 19/22183-6)

BARBOSA, A. F. B.; DEL COLLE, V.; PREVIDELLO, B. A. F.; TREMILIOSI-FILHO, G.. Electrooxidation of Acetaldehyde on Pt(111) Surface Modified by Random Defects and Tin Decoration. ELECTROCATALYSIS, v. 12, n. 1, p. 36-44, JAN 2021. (16/13100-1, 17/09845-4, 19/22183-6)

SILVA, ANELISSE B.; DA SILVA, CAMILA D. F.; SOUZA, FLAVIO L.; LUCAS, FRANCISCO W. S.; LIMA, FABIO H. B.. All-electrochemically synthesized tin and nickel oxide-modified hematite as photo-electrocatalyst anodes for solar-driven water splitting. JOURNAL OF CATALYSIS, v. 391, p. 273-281, NOV 2020. (16/13323-0, 13/16930-7, 19/22183-6)

DE OLIVEIRA, M. G.; MELLE, G. B.; ROMANO, R. L.; VARELA, H.. he Impact of Water Concentration on the Electro-Oxidation of Formic Acid on Platinu. Journal of the Electrochemical Society, v. 169, n. 2, FEB 1 2022. (18/23942-5, 20/15230-5, 19/22183-6, 20/03519-0, 21/09489-9)

ALTAIR, THIAGO; BORGES, LUIZ G. F.; GALANTE, DOUGLAS; VARELA, HAMILTON. Experimental Approaches for Testing the Hypothesis of the Emergence of Life at Submarine Alkaline Vents. LIFE-BASEL, v. 11, n. 8, AUG 2021. (18/12491-2, 13/16930-7, 19/22183-6)

CIAPINA, EDUARDO G.; DOS SANTOS, MONICA L.; SANTOS, RAYANA M. I. S.; PALOMBARINI, JULIO; JUNIOR, OSVALDO P. ALMEIDA; SANTANA, JESSICA C. C. DE CASTRO; MODESTO, DIEGO A.; LANFREDI, ALEXANDRE J. C.; SANTOS, SYDNEY F.. On the lattice dilation of palladium nanoparticles and a new methodology for the quantification of interstitials. Journal of Alloys and Compounds, v. 881, NOV 10 2021. (19/22183-6)

KHALID, MOHD.; ZARATE, XIMENA; SAAVEDRA-TORRES, MARIO; SCHOTT, EDUARDO; HONORATO, ANA MARIA BORGES; HATSHAN, MOHAMMAD RAFE; VARELA, HAMILTON. Electro-reduced graphene oxide nanosheets coupled with RuAu bimetallic nanoparticles for efficient hydrogen evolution electrocatalysis. CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL, v. 421, n. 1, OCT 1 2021. (19/22183-6, 13/16930-7)

LUCAS, FRANCISCO W. S.; LIMA, FABIO H. B.. Electrodeposited Tin-Antimony Alloys as Novel Electrocatalysts for Selective and Stable Carbon Dioxide Reduction to Formate. CHEMELECTROCHEM, AUG 2020. (16/13323-0, 13/16930-7, 18/03156-5, 19/22183-6)

VENTURINI, SEITI INOUE; ANTOLINI, ERMETE; PEREZ, JOELMA. Effect of CeO2 Presence on the Electronic Structure and the Activity for Ethanol Oxidation of Carbon Supported Pt. CATALYSTS, v. 11, n. 5, MAY 2021. (19/22183-6)

NOGUEIRA, JESSICA A.; LOPES, PIETRO P.; MARKOVIC, NENAD M.; VARELA, HAMILTON. Active electrochemical interfaces stabilized through self-organized potential oscillations. Electrochemistry Communications, v. 121, DEC 2020. (14/50279-4, 17/17644-9, 15/09295-9, 13/16930-7, 19/22183-6)

SOUZA, MAYKON L.; LIMA, FABIO H. B.. Dibenzyldithiocarbamate-Functionalized Small Gold Nanoparticles as Selective Catalysts for the Electrochemical Reduction of CO2 to CO. ACS CATALYSIS, v. 11, n. 19, p. 12208-12219, OCT 1 2021. (16/13323-0, 19/22183-6, 13/07296-2, 18/10415-7, 13/16930-7)