Oxidação eletrocatalítica de lignina em eletrocatalisadores de metais não nobel suportados em carbono para produção de produtos químicos de alto valor e hidrogênio limpo

• Processo: 24/13905-6
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2027
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Hamilton Brandão Varela de Albuquerque
• Beneficiário: Sumaira Nazar Hussain
• Instituição Sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Empresa: Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica (EP)
• Vinculado ao auxílio: 20/15230-5 - Centro de Pesquisa e Inovação de Gases de Efeito Estufa - RCG2I, AP.PCPE
• Assunto(s): Eletrocatálise Oxidação Lignina Hidrogênio Eletrocatalisadores Metais Produtos químicos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Eletrocatálise | Hidrogênio | Lignina | Produtos de alto valor agregado | eletrocatálise

Resumo

O crescente consumo de energia e as preocupações ambientais associadas são um desafio para a sociedade humana, desencadeando uma procura global por energia limpa e renovável no futuro. Portanto, a mudança de combustíveis fósseis para alternativas de baixo carbono é crucial. O hidrogênio (H2) é uma alternativa promissora aos combustíveis fósseis convencionais devido à sua alta densidade energética e emissão zero de carbono. Uma abordagem ideal para a produção de hidrogênio é a eletrólise da água, para a qual a eletricidade divide a água em hidrogênio e oxigênio. No entanto, a desvantagem da eletrólise da água para a geração de hidrogênio é a alta necessidade de energia devido à cinética lenta do REA, tornando-o caro para aplicações em escala industrial. A reforma eletrocatalítica de biomassa surgiu como uma alternativa atraente para a produção de hidrogênio devido ao alto conteúdo energético desses combustíveis, resultando em maiores densidades de corrente e menor potencial termodinâmico necessário para sua oxidação em comparação com a água (1,23 V) para produzir hidrogênio. Além da redução significativa do potencial necessário para a produção de hidrogênio, outra vantagem da utilização de reações de oxidação alternativas como a lignina é que o sistema operacional de reforma eletroquímica dessas substâncias é comparável ao da eletrólise da água. Além disso, estas reações podem ser realizadas sob condições relativamente suaves, e é possível modular a seletividade para obter os produtos desejados. A lignina é o polímero aromático mais abundante produzido naturalmente no mundo. Devido à sua abundância, baixo custo e fácil transporte, a oxidação eletroquímica da lignina tem sido amplamente considerada como uma alternativa limpa e sustentável para a obtenção de hidrogênio e produtos químicos aromáticos de valor agregado. Este projeto visa desenvolver e otimizar materiais de eletrodos bifuncionais à base de metais não nobres (Ni, Co, Fe, Mn, Zn) suportados em carbono mesoporoso (MC) dopado com heteroátomos (N, P, B, S, Se) para o oxidação seletiva de lignina e moléculas modelo, produzindo produtos químicos de alto valor e hidrogênio limpo com eletricidade renovável. Nosso foco principal é melhorar a atividade eletrocatalítica, a seletividade e a estabilidade, reduzindo custos, minimizando as necessidades de purificação e melhorando a segurança e o respeito ao meio ambiente. A interação eletrônica entre o suporte tridimensional de carbono mesoporoso e metais não nobres, dopantes, aumentará as atividades catalíticas. As caracterizações físicas e eletroquímicas serão realizadas para investigar as propriedades intrínsecas destes catalisadores para aplicações práticas. (AU)