Funcionalização de eletrocatalisadores de AU com ditiocarbamatos derivados do imidazol: explorando a junção molecular como estratégia para a eletro-redução de dióxido de carbono

• Processo: 18/10415-7
• Linha de fomento: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Vigência (Início): 01 de dezembro de 2018
• Vigência (Término): 30 de novembro de 2020
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Fabio Henrique Barros de Lima
• Beneficiário: Maykon Lima Souza
• Instituição-sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/16930-7 - Eletrocatálise V: processos eletrocatalíticos de interconversão entre as energias química e elétrica, AP.TEM
• Assunto(s): Dióxido de carbono Eletroquímica

Resumo

A redução eletrocatalítica do dióxido de carbono (CO2) é um dos temas centrais na pesquisa mundial voltada a conversão e estoque de energia. Devido a multidisciplinaridade do problema, essas investigações aplicam conceitos de diferentes ciências. Como exemplo, a funcionalização de superfícies metálicas com moléculas orgânicas é vista como uma eficiente e elegante estratégia na modulação da atividade catalítica de eletrodos metálicos. Neste projeto, é proposto a exploração do controle da eletro-redução do CO2 em meio aquoso através da modificação da superfície de eletrodos de Au com ditiocarbamatos (DTC) contendo imidazol e cadeias alifáticas de carbono. A estratégia é baseada em: 1) Sólidas evidências que DTCs (R2N-CS2-) interagem mais fortemente com superfícies metálicas que tióis (RSH), são termicamente mais estáveis, resistentes em pH ácido e básico, e geram acoplamentos eletrônicos mais fortes; 2) Piridina (pyr) ancorada em ouro foi descrita como capaz de aumentar a seletividade da eletro-redução do CO2 para HCOO- devido às espécies pyr/pyrH+ (pKa ~ 5,2); 3) O cátion imidazólio (ImNH+) presente em polímeros promove a estabilização do radical ânion do dióxido de carbono (CO2*-), favorecendo sua eletro-redução à CO; 4) O uso do imidazol-DTC com cadeias alifáticas de carbono (-CnH2n+1) em diferentes tamanhos fornece um caminho simples para modular o caráter hidrofóbico da junção molecular com a superfície metálica. Tal estratégia pode ser usada para controlar o acesso de íons H+ à superfície metálica e consequentemente a geração de H2 e outros produtos hidrogenados, tal como HCOO-. Os eletrocatalisadores de Au contendo DTCs derivados de metilamina Imidazol-CnH2n+1 (n = 0, 5 e 8) serão sintetizados no laboratório e os cálculos das eficiências faradáica para a formação de CO e de HCOO- serão feitos por meio do acoplamento dos experimentos eletroquímicos com técnicas on-line e in-line de espectrometria de massas e cromatografia gasosa e líquida.