Desenvolvimento, validação e aplicação em estudos mecanísticos, propriedades estruturais e eletrônicas de complexos metálicos usando uma cela espectroeletroquímica XPS em microjato

• Processo: 19/27046-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 04 de fevereiro de 2021
• Data de Término da vigência: 03 de fevereiro de 2022
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Química Inorgânica
• Pesquisador responsável: Koiti Araki
• Beneficiário: Kalil Cristhian Figueiredo Toledo
• Supervisor: Olle Bjorneholm
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Uppsala University (UU), Suécia
• Vinculado à bolsa: 18/04523-1 - Ativação de catalisadores para oxidação da água baseados em complexos binucleares de rutênio por grupos formadores de ligação de hidrogênio, BP.PD
• Assunto(s): Catálise Espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X Separação da água Compostos de coordenação
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Ruthenium | spectroelectrochemical cell | Water splitting | Xps | catálise

Resumo

A produção sustentável de combustíveis limpos, fáceis de armazenar e livres de carbono que possam atender às necessidades das gerações futuras é um dos desafios científicos mais importantes do século XXI. A conversão de energia solar em eletricidade e especialmente em energia química usando células fotoeletroquímicas e sistemas fotossintéticos artificiais, particularmente a fotodecomposição da água em H2 e O2, é um objetivo possível. Nesse contexto, a reação de evolução de oxigênio (OER) é uma reação tetra-eletrônica e tetraprotônica que limita ainda mais a eficiência das células a combustível e da produção de combustível solar. De fato, catalisadores que podem atender às necessidades de estabilidade e eficiência ainda não foram encontrados, de modo que estratégias inovadoras precisam ser desenvolvidas para melhorar o entendimento do mecanismo de reação, possibilitando reduzir o alto potencial associado à formação de O2, possibilitando assim a realização de sistemas fotossintéticos artificiais e o armazenamento de energia solar como produtos químicos de alta energia. Nesse sentido, estudos sistemáticos do processo de ativação, bem como as propriedades eletrocatalíticas de complexos de metais de transição, são fundamentais. No entanto, entre as poucas técnicas que provaram ser úteis nesse sentido, está a técnica de espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS), especialmente quando associada a fontes de radiação síncrotron. Os materiais com alto potencial de uso como sonda são compostos baseados em [Ru (bpy) 2 (py) (OH2)] 2+, enquanto espécies intermediárias relevantes podem ser geradas por oxidação e caracterizadas por micro-jatos XPS líquidos usando fontes síncrotron sob mais de condições físico-químicas realistas. A técnica de microjato de líquido XPS permite a investigação da interface líquido / gás e da estrutura eletrônica de sistemas moleculares solvatados em dois ambientes químicos diferentes, pois é uma técnica de alta resolução específica de um elemento, sensível ao estado de oxidação e à ligação, apresentando dois elementos extremamente importantes vantagens para o estudo de eletrocatalisadores. Em primeiro lugar, danos à radiação podem ser evitados mesmo no caso de compostos moleculares frágeis e, em segundo lugar, a superfície da amostra permanece livre de contaminação devido à renovação contínua. Portanto, a principal proposta deste trabalho é o desenvolvimento de uma nova célula espectro eletroquímica de microjato, validar o método usando complexos modelo simples, gerando eletroquimicamente em fluxo, in situ, as espécies do complexo de rutênio em diferentes estados de oxidação que serão estudadas pelo XPS e depois isso, a célula de fluxo espectro eletroquímico será usada para estudar o mecanismo de reação de novos eletrocatalisadores binucleares de rutênio OER e comparar suas eficiências com as já obtidas na literatura. (AU)