Role of the electrolyte solution in the activity of non-noble metal electrocatalysts in the carbon dioxide reduction reaction

Autor(es)

Maria Rodrigues Pinto

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Química
• Data de defesa: 2024-07-02

Membros da banca

Raphael Nagao de Sousa; Cauê Ribeiro de Oliveira; André Henrique Baraldi Dourado; William Reis de Araujo; Juliano Alves Bonacin

• Orientador: Raphael Nagao de Sousa

Resumo

A dependência de combustíveis fósseis como fonte de energia resultou em um grande aumento nas emissões de CO2 nos últimos séculos, contribuindo para a preocupante elevação na concentração deste gás de efeito estufa na atmosfera, que está relacionado às mudanças climáticas. A Reação de Redução Eletroquímica do Dióxido de Carbono (CO2RR) é uma alternativa para converter o CO2 e armazenar energia renovável em espécies químicas que podem ser usadas como combustíveis ou matéria-prima, e para mitigar as emissões de CO2 em processos industriais e criar uma economia circular. No entanto, são necessárias muitas melhorias neste sistema eletrocatalítico para levar o processo eletroquímico de CO2RR para uma escala industrial. Nesse sentido, o estudo de metais não nobres e eletrocatalisadores abundantes pode ajudar a desenvolver sistemas mais sustentáveis e estabelecer uma ponte entre o conhecimento fundamental disponível a respeito da CO2RR em metais nobres. Ao lado do eletrocatalisador está o eletrólito, onde juntos formam a interface eletroquímica que é onde ocorrem as transferências de elétrons, possibilitando a formação de produtos da CO2RR, onde o resultado da reação é grandemente influenciado pelos componentes do eletrólito e sua interação com a superfície. Nesta tese, diferentes aspectos do papel da solução eletrolítica na CO2RR são estudados em eletrocatalisadores de cobre e estanho metálicos, onde é investigado o efeito de espécies inorgânicas e aditivos orgânicos. No primeiro trabalho, apresentado no Capítulo 2, o papel da piridina em solução durante a CO2RR eletroquímica em cobre metálico é estudado com espectrometria de massas online acoplada à eletroquímica, permitindo-nos monitorar espécies importantes na CO2RR. Através desses experimentos, obtivemos evidências espectrométricas de que a piridina em solução impacta significativamente o processo eletroquímico e que o aumento da corrente faradaica observado na presença de piridina está relacionado à promoção da formação de H2 em vez do favorecimento da CO2RR. No Capítulo 3, exploramos o impacto das espécies inorgânicas no eletrólito na atividade e seletividade da CO2RR em estanho metálico, onde a eletrólise com análise de produtos por cromatografia gasosa e líquida foi empregada para a investigação deste sistema. Observamos que a atividade para a formação de produtos da CO2RR aumenta com o sobrepotencial, a concentração do eletrólito e o tamanho do cátion em solução fracamente ácida, enquanto a formação de H2 não é afetada. Além disso, comparamos os resultados em eletrólitos de sulfato com os em bicarbonato, onde mostramos que o bicarbonato atua como doador de prótons. Em suma, nossos resultados demonstram a importância de diferentes componentes na solução eletrolítica na CO2RR (AU)

• Processo FAPESP: 19/08244-2 - Síntese de nanofios para aplicação na reação de redução de dióxido de carbono
• Beneficiário: Maria Rodrigues Pinto
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado