Glicerolatos multimetálicos como precursores de eletrocatalisadores de alta entropia para a reação de evolução de oxigênio na produção de hidrogênio verde

• Processo: 25/04952-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• 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 - Química Inorgânica
• Pesquisador responsável: Josué Martins Gonçalves
• Beneficiário: Pedro Luís Wassilewsky Caetano
• Instituição Sede: Instituto Mackenzie de Pesquisas em Grafeno e Nanotecnologias (Mackgraphe). Universidade Presbiteriana Mackenzie (UPM). São Paulo , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 23/17560-0 - Design de novos compostos de coordenação de alta entropia por spray-drying e seus derivados para conversão e armazenamento de energia, AP.JP
• Assunto(s): Eletrocatálise Energia
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: composto de coordenação | Eletrocatálise | energia | Hidrogênio verde | materiais de Alta Entropia | reação de evolução de oxigênio | Energia

Resumo

O acelerado desenvolvimento global tem elevado a qualidade de vida de forma sem precedentes, porém, às custas do aumento da pressão sobre os recursos naturais, da poluição ambiental e do crescimento da demanda energética, agravados pelo crescimento populacional e pela industrialização em países em desenvolvimento. Entre esses fatores, a demanda por energia é provavelmente o principal contribuinte para esse cenário, tornando urgente o desenvolvimento de fontes alternativas de energia limpas e renováveis para evitar uma crise energética iminente. Uma possível solução é a transição para uma sociedade na qual a parte das necessidades energéticas seja suprida pela eletrólise da água, armazenando a energia solar na forma de hidrogênio verde e gás oxigênio, e liberando essa energia química em células a combustível enquanto a água é regenerada. No entanto, a reação de evolução de oxigênio (OER) e a reação de redução de oxigênio (ORR), que ocorrem, respectivamente, na eletrólise da água e nas células a combustível, são processos intrinsecamente lentos devido à sua natureza multieletrônica e multiprotônica dessas reações. Atualmente, catalisadores à base de metais nobres, como IrO2 e RuO2, são utilizados com sucesso como eletrocatalisadores de última geração para a OER. No entanto, sua aplicação em larga escala é severamente limitada pela escassez e pelo alto custo desses materiais. Assim, há um esforço crescente na busca por eletrotrocatalisadores livres de metais nobres, visando alternativas mais sustentáveis e economicamente viáveis. Nessa perspectiva, materiais de alta entropia (HEMs) têm atraído grande atenção devido ao seu conceito de design inovador e às propriedades únicas, que prometem avanços significativos em diversas tecnologias de conversão e armazenamento de energia. Recentemente, a "biblioteca" de HEMs foi ainda mais expandida, e o conceito de alta entropia foi introduzido em alguns compostos de coordenação, como para as estruturas metal-orgânicas (MOFs), análogos do azul da Prússia (PBAs), e outros compostos de coordenação multimetálicos, criando novas oportunidades em aplicações estratégicas. De fato, os compostos de coordenação de alta entropia (HE-CCs) têm sido considerados uma nova família promissora para a próxima geração de materiais de eletrodos para aplicações energéticas, assim como excelentes materiais precursores de uma diversidade de outros HEMs. Entre estes compostos de coordenação, os glicerolatos multimetálicos e seus derivados representam classes promissoras de materiais que podem ser preparados em diversas morfologias, incluindo estruturas porosas, ocas ou do tipo yolk-shell. De fato, materiais derivados de glicerolatos multimetálicos foram recentemente relatados como excelentes precursores para a obtenção de novos HEMs porosos, versáteis e multifuncionais. O projeto visa o desenvolvimento de eletrocatalisadores de alta entropia baseados em e/ou derivados de glicerolatos multimetálicos obtidos por rota solvotermal para a OER, com foco na produção sustentável de hidrogênio verde via eletrólise da água. A pesquisa inclui a síntese e caracterização físico-química detalhada dos glicerolatos multimetálicos, explorando composições promissoras baseadas em Ni, Fe, V, Mn, e Mo devido à sua atividade catalítica potencial. O bolsista será responsável pela síntese dos materiais, bem como pela caracterização estrutural, vibracional e morfológica, além da preparação e modificação de eletrodos para testes eletrocatalíticos em sistemas de dois e três eletrodos. Os materiais desenvolvidos serão comparados com análogos sintetizados pelo método de spray-drying (em outros subprojetos), permitindo avaliar a influência do método de preparação nas propriedades catalíticas.