Avaliação da relação atividade-estabilidade e do equilíbrio dinâmico de fosfetos metálicos baseados em Co, Ni e Fe para eletrólise da água

• Processo: 22/03455-8
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2022
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2023
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Lucia Helena Mascaro Sales
• Beneficiário: Dyovani Coelho
• Supervisor: Serhiy Cherevko
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Helmholtz Institute Erlangen-Nürnberg for Renewable Energy (HI ERN), Alemanha
• Vinculado à bolsa: 21/08614-4 - Eletrodeposição de sulfetos e fosfetos de metais de transição em eletrodos 3D para water splitting, BP.PD
• Assunto(s): Eletroquímica Eletrólise da água Eletrolisador Reação de desprendimento de hidrogênio Modelo de equilíbrio dinâmico
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: alkaline water electrolysis | Hydrogen evolution reaction | metallic phosphides | NiFeCoP | overall water splitting | Oxygen evolution reaction | Eletroquímica

Resumo

Os principais catalisadores utilizados para eletrólise da água em eletrolisador alcalino são baseados em Ni para reação de desprendimento de hidrogênio (RDH) e ligas de Ni-Co para reação de desprendiemento de oxigênio (RDO); no entanto, eles apresentam altos sobrepotenciais para essas reações. Uma alternativa promissora é o uso de catalisadores à base de metais não preciosos, como fosfetos de Ni, Co e Fe, para a separação da água. Neste estudo, se propõe a avaliação da relação atividade/estabilidade e do equilíbrio dinâmico de MeP (onde Me = Co, Fe e Ni ou suas combinações) como catalisadores de ambas as reações, RDH e RDO. O catalisador será eletrodepositado em Ni e aço inoxidável grau 304 e grau 316 utilizando eletrólito contendo os precursores CoSO4, NiSO4, FeSO4, Na2PO2 e H3PO4 em regime galvanostático. A eletrodeposição será feita usando uma célula de fluxo de varredura eletroquímica (SFC - do inglês scanning flow cell), visando aplicar eletroquímica de alto desempenho, alterando as concentrações dos precursores no eletrólito em cada ponto de deposição do catalisador por procedimento de autônomo. A relação atividade/estabilidade será estudada com SFC on-line a um Plasma Indutivo Acoplado com Espectrometria de Massa (SFC-ICP-MS) em soluções alcalinas e neutras, o que permite o estudo da atividade do catalisador e a detecção de eventos de dissolução relacionados ou não a potenciais aplicados e composição eletrolítica. O mesmo aparato experimental será utilizado para investigar o equilíbrio dinâmico do catalisador após a adição de pequenas quantidades de precursores ao eletrólito. Além disso, as alterações na morfologia, uniformidade e composição do catalisador serão avaliadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS) e espectroscopia de raios-X de energia dispersiva (EDS), antes e após a investigação com o sistema SFC-ICP-MS. As propriedades eletroquímicas, parâmetros de sobrepotencial para RDH e RDO, estabilidade e resistência à transferência de carga serão estudados por técnicas eletroquímicas. Espera-se estimar a viabilidade de catalisadores baseados em MeP para a eletrólise da água e tornar acessível um método simples e econômico para produzir catalisadores de nova geração para RDH e RDO. (AU)