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

• Processo: 17/00433-5
• Linha de fomento: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Vigência (Início): 01 de maio de 2017
• Vigência (Término): 30 de junho de 2021
• Área do conhecimento: Interdisciplinar
• Pesquisador responsável: Hamilton Brandão Varela de Albuquerque
• Beneficiário: Mohmmad Khalid
• Instituição-sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 19/22183-6 - Electrocatálise VI: aspectos fundamentais e aplicados em problemas emergentes e clássicos em conversão eletroquímica de energia, AP.TEM
• Assunto(s): Eletroquímica Grafenos Hidrogênio Oxigênio Oxirredução Eletrocatálise

Resumo

A eletrocatálise é o coração da conversão de energia eletroquímica, a fim de otimizar a taxa, a seletividade, a energia e a estabilidade de certas reações eletroquímicas - tais como redução de oxigênio (ORR), desprendimento de oxigênio (OER) e hidrogênio (HER), bons catalisadores precisam ser desenvolvidos e otimizados. Foram utilizados metais preciosos nobres (por exemplo, Pt, Ru, Ir e Pd) suportados em nanomateriais de carbono (por exemplo, grafeno, nanotubos de carbono e negro de fumo) para facilitar o ORR, OER e HER, resultando em atividades catalíticas elevadas. No entanto, estes catalisadores baseados em metal nobre sofrem de elevado custo, escassez, fraca estabilidade e efeitos ambientais prejudiciais. Portanto, para alcançar desenvolvimento em grande escala a baixo custo sem desvantagens, é essencial desenvolver materiais catalíticos alternativos. Para resolver esta questão, propõe-se a concepção de uma nova estrutura catalítica composta de heteroátomos dopado-grafeno ancorado em fios de fibra de carbono por meio de técnica electroquímica simples, em vez de caro CVD e métodos de pirólise. Esta estrutura única do material será livre de aglutinante e tirará partido dos abundantes sítios ativos da rede de grafeno dopado e o suporte dos fios de fibra de carbono terá a oportunidade de reduzir o excesso de potencial das reações aumentando a condutividade interfacial entre os fios e grafeno. Fundamentalmente, este trabalho visa ampliar a compreensão atual de vários parâmetros essenciais, tais como a quantidade de deposição de grafeno dopado sobre fios de fibra de carbono, dinâmica de transferência de elétrons, morfologia, cristalinidade, área de superfície, bem como defeitos, que afetam o desempenho de um electrocatalisador. Tais parâmetros são críticos na optimização da atividade catalítica do produto. (AU)

Publicações científicas

(10)

(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)

KHALID, MOHD.; HASSAN, AYAZ; HONORATO, ANA M. B.; CRESPILHO, FRANK N.; VARELA, HAMILTON. Nano-flocks of a bimetallic organic framework for efficient hydrogen evolution electrocatalysis. CHEMICAL COMMUNICATIONS, v. 54, n. 78, p. 11048-11051, OCT 7 2018. (13/14262-7, 13/16930-7, 15/16672-3, 16/25806-6, 17/00433-5)

STEMPIEN, Z.; KHALID, M.; KOZICKI, M.; KOZANECKI, M.; VARELA, H.; FILIPCZAK, P.; PAWLAK, R.; KORZENIEWSKA, E.; SASIADEK, E.. In-situ deposition of reduced graphene oxide layers on textile surfaces by the reactive inkjet printing technique and their use in supercapacitor applications. Synthetic Metals, v. 256, OCT 2019. (13/16930-7, 17/00433-5)

KHALID, MOHD; BHARDWAJ, PRERNA A.; HONORATO, ANA M. B.; VARELA, HAMILTON. Metallic single-atoms confined in carbon nanomaterials for the electrocatalysis of oxygen reduction, oxygen evolution, and hydrogen evolution reactions. CATALYSIS SCIENCE & TECHNOLOGY, v. 10, n. 19, p. 6420-6448, OCT 7 2020. (13/16930-7, 17/00433-5)

KHALID, MOHD; HASSAN, AYAZ; HONORATO, ANA M. B.; CRESPILHO, FRANK N.; VARELA, HAMILTON. 8-Hydroxyquinoline-5-sulfonic acid on reduced graphene oxide layers as a metal-free electrode material for supercapacitor applications. JOURNAL OF ELECTROANALYTICAL CHEMISTRY, v. 847, AUG 15 2019. (13/14262-7, 15/16672-3, 13/16930-7, 16/25806-6, 17/00433-5)

BORGES HONORATO, ANA MARIA; KHALID, MOHD; DAI, QUANBIN; PESSAN, LUIZ ANTONIO. Nitrogen and sulfur co-doped fibrous-like carbon electrocatalyst derived from conductive polymers for highly active oxygen reduction catalysis. Synthetic Metals, v. 264, JUN 2020. (17/00433-5)

KHALID, MOHD.; HONORATO, ANA M. B.; VARELA, HAMILTON; DAI, LIMING. Multifunctional electrocatalysts derived from conducting polymer and metal organic framework complexes. NANO ENERGY, v. 45, p. 127-135, MAR 2018. (13/16930-7, 12/24152-1, 17/00433-5)

KHALID, MOHD; HONORATO, ANA M. B.; TICIANELLI, EDSON A.; VARELA, HAMILTON. Uniformly self-decorated Co3O4 nanoparticles on N, S co-doped carbon layers derived from a camphor sulfonic acid and metal-organic framework hybrid as an oxygen evolution electrocatalyst. JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A, v. 6, n. 25, p. 12106-12114, JUL 7 2018. (13/16930-7, 17/00433-5)

KHALID, MOHD.; VARELA, HAMILTON. A general potentiodynamic approach for red phosphorus and sulfur nanodot incorporation on reduced graphene oxide sheets: metal-free and binder-free electrodes for supercapacitor and hydrogen evolution activities. JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A, v. 6, n. 7, p. 3141-3150, FEB 21 2018. (17/00433-5, 13/16930-7)

KHALID, MOHD.; HONORATO, ANA M. B.; TREMILIOSI FILHO, GERMANO; VARELA, HAMILTON. Trifunctional catalytic activities of trimetallic FeCoNi alloy nanoparticles embedded in a carbon shell for efficient overall water splitting. JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A, v. 8, n. 18, p. 9021-9031, MAY 14 2020. (13/16930-7, 17/00433-5)

PUPPIN, LARA G.; KHALID, MOHD; DA SILVA, GELSON T. T.; RIBEIR, CAUE O; VARELA, HAMILTON; LOPES, OSMANDO F.. Electrochemical reduction of CO2 to formic acid on Bi2O2CO3/carbon fiber electrodes. Journal of Materials Research, v. 35, n. 3, p. 272-280, FEB 14 2020. (18/01258-5, 17/09713-0, 17/00433-5, 16/09746-3, 13/16930-7)