Desenvolvimento de bijels derivados de azul da Prússia e seus análogos para utlização como eletrodos

• Processo: 24/19156-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2025
• Data de Término da vigência: 30 de junho de 2028
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Denise Freitas Siqueira Petri
• Beneficiário: João Victor Mattioni
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Química de materiais
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: azul da prússia | Bijel | Eletrodo poroso | Emulsão bicontínua | Nanopartículas De Azul Da Prússia | Partículas em interfaces | Química dos materiais

Resumo

Géis de emulsão bicontínua estabilizados por partículas coloidais (bijels) representam uma plataforma inovadora para o desenvolvimento de materiais funcionais. Contudo, a estabilização tradicionalmente emprega nanopartículas de sílica, havendo poucas investigações sobre o uso de nanopartículas eletroativas. Este projeto propõe o estudo da estabilização de bijels por nanopartículas de Azul da Prússia e seus análogos (PBAs), buscando não apenas otimizar a estabilidade coloidal, mas também explorar seu potencial como eletrodos catalíticos em reações de separação da água. Um dos principais desafios deste estudo é a estabilização controlada de bijels com nanopartículas de PBAs, que exigem modificações superficiais específicas para assegurar a afinidade interfacial. Para isso, serão exploradas estratégias de funcionalização química, incluindo revestimentos poliméricos e adsorção de surfactantes, a fim de otimizar a hidrofobicidade e a carga superficial dos PBAs e garantir seu posicionamento eficaz na interface água-óleo. Vale ressaltar que a fase oleosa contém monômeros e iniciadores fotossensíveis. Os sistemas que demonstrarem maior estabilidade interfacial serão submetidos à fotopolimerização, resultando em estruturas porosas tridimensionais, que serão posteriormente avaliadas quanto ao seu desempenho em eletrocatálise.Os principais objetivos desta pesquisa são: (i) sintetizar e caracterizar nanopartículas de PBAs com tamanho e propriedades superficiais controladas; (ii) desenvolver bijels estáveis utilizando PBAs modificados; (iii) fabricar e caracterizar eletrodos baseados em bijels; e (iv) avaliar seu desempenho eletroquímico nas reações de evolução de oxigênio (OER) e hidrogênio (HER) em diferentes condições de pH. Busca-se alcançar sobrepotenciais inferiores a 250 mV para OER e 120 mV para HER, superando a eficiência de catalisadores atuais à base de metais não nobres. Espera-se, assim, desenvolver eletrocatalisadores hierarquicamente estruturados, com estabilidade aprimorada e alto desempenho catalítico. A implementação bem-sucedida dessa abordagem pode evoluir para a produção escalável e sustentável de hidrogênio.