Eletrocatálise da Reação de Redução de Oxigênio em Estruturas do Tipo Dual-Atom para Células a Combustível de Membrana de Troca de Prótons

• Processo: 24/11073-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2025
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Fabio Henrique Barros de Lima
• Beneficiário: Guilherme Henrique Siqueira Ghiraldelli
• 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): Células de combustível Eletrocatálise Eletrólise Eletroquímica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: células a combustível | Eletrocatálise | eletrólise | eletro-redução de O2 | Eletroquímica

Resumo

O desenvolvimento de eletrocatalisadores estáveis e altamente ativos é essencial para o desenvolvimento de dispositivos de conversão de energia limpos e eficientes, como as células a combustível. Atualmente, os eletrocatalisadores formados por estruturas do tipo Fe-N-C single-atom, ou seja, átomos de ferro ancorados em uma matriz de carbono dopada com nitrogênio, mostram-se promissores para a substituição da platina no cátodo, porém, mesmo com atividade desejável, esses materiais enfrentam um grande desafio de estabilidade, sendo degradados ao longo de poucas horas de uso, o que impede seu uso em grande escala. Com inspiração na classe de enzimas heme-cobre oxidases, que possuem alta estabilidade e seletividade para a rota direta da reação de redução de oxigênio (ORR), a síntese de um material com sítio ativo análogo ao centro bimetálico das enzimas pode ser promissora para a obtenção de eletrocatalisadores mais estáveis e ativos. No entanto, uma vez que a síntese de material com sítio duplo, ou também chamado de Dual-Atom, ativo é consideravelmente complexa, o presente projeto tem como objetivo a síntese eletrocatalisador tipo Metal@Fe-N-C (Metal = Cu, Mo, Ru e Co) onde os metais estarão na forma de uma nanopartícula encapsulada por uma camada contendo carbono dopado com nitrogênio, contendo Single-atom de ferro (Fe-N-C), de forma que o material resultante tenha alta probabilidade de se ter átomos do outro metal próximos aos átomos de ferro; i.e., reproduzindo o catalisador natural com centro bimetálico. Assim, serão testadas as atividades e estabilidade frente à ORR em meias-células eletroquímicas e em células a combustível unitárias.