Investigando a relação entre atividade e estabilidade de superfícies hidr(oxi)óxido metálicas para a reação de desprendimento de oxigênio

• Processo: 24/23201-6
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de junho de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de maio de 2026
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Juliana Ferreira de Brito
• Beneficiário: Marina Medina da Silva
• Supervisor: Pietro Papa Lopes
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Araraquara. Araraquara , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Argonne National Laboratory (ANL), Estados Unidos
• Vinculado à bolsa: 23/14228-5 - Reciclagem eletroquímica de metais a partir do e-lixo: uma abordagem sustentável para produção de amônia e hidrogênio verde, BP.PD
• Assunto(s): Eletroquímica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: catálise em meio alcalino | efeito dos dopantes Fe e Cu | eletrolisadores AEM | Hidrogênio verde | perovskita LaNiO3 | reação de evolução de oxigênio | Eletroquímica

Resumo

A demanda por soluções de energia sustentável tem impulsionado um interesse significativo na produção de hidrogênio verde por meio da eletrólise da água, especialmente com a crescente integração de fontes de energia renováveis na rede elétrica. Entre os desafios na divisão eletroquímica da água, a reação de evolução de oxigênio (OER) é prejudicada por cinéticas lentas e altos sobrepotenciais, limitando a eficiência. Para enfrentar esses problemas, os óxidos tipo perovskita, particularmente o LaNiO¿, são promissores como catalisadores para OER em meio alcalino devido à sua versatilidade estrutural e ao potencial para substituições no sítio B. Este projeto investiga a atividade, seletividade e estabilidade do LaNiO¿ para catálise de OER, com foco na evolução da superfície da perovskita em uma camada de NiOxHy como sítio ativo e nos efeitos da substituição de Fe e Cu no sítio B. Catalisadores à base de LaNiO¿, sintetizados com e sem dopagem de Fe e Cu, serão analisados quanto ao seu comportamento catalítico em condições operacionais. A espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS) in situ será usada para monitorar processos de dissolução em escala atômica, e a espectroscopia Raman in situ será utilizada para observar as espécies superficiais formadas durante a evolução da perovskita e as condições catalíticas. A incorporação dos catalisadores à base de LaNiO¿ em materiais de suporte, como papel de carbono e espuma de níquel, será avaliada para demonstrar seu uso prático em eletrolisadores de célula única com membrana de troca aniônica (AEM). Ao examinar a influência da composição do eletrólito e da interface eletrodo-eletrólito, este estudo visa estabelecer um modelo de sítio ativo dinamicamente estável para otimizar catalisadores de óxidos de metais de transição, garantindo durabilidade e eficiência para OER. Os insights obtidos contribuirão para o desenvolvimento de soluções sustentáveis e de baixo custo para a produção de hidrogênio, apoiando a transição para uma economia baseada em energia renovável.