Desenvolvimento e aplicabilidade de catalisadores à base de cobre para redução eletroquímica de CO2

Autor(es)

Eduardo Henrique Dias

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Química de São Carlos (IQSC/BT)
• Data de defesa: 2024-08-14

Membros da banca

Cauê Ribeiro de Oliveira; Fabio Henrique Barros de Lima; Osmando Ferreira Lopes

• Orientador: Cauê Ribeiro de Oliveira

Resumo

O estudo apresentado nesta tese discute os fatores que determinam a eficiência das reações eletroquímicas de redução do dióxido de carbono (CO2RR) usando catalisadores à base de cobre. O primeiro capítulo discute o papel da cristalização de nanopartículas de CuO na superfície do negro-de-fumo, sintetizadas em apenas uma etapa por meio do método de síntese solvotermal e utilizadas para eletroredução de CO2 em sistemas tradicionais, como a célula-H. Os catalisadores produzidos exibiram bom desempenho mesmo com teores menores de CuO, aumentando assim a eficiência da camada catalítica. Os filmes preparados demonstraram estabilidade por mais de 30 horas e boa atividade para CO2RR, formando CO, ácido fórmico, etanol e ácido acético como produtos e com controle eficaz sobre a evolução competitiva de hidrogênio. Os resultados destacaram uma eficiência faradaica significativa para os produtos da redução do CO2 (acima de 50%), comparável a catalisadores mais complexos reportados na literatura. O segundo capítulo discute o papel da configuração eletroquímica na eficiência do processo. O mesmo catalisador desenvolvido foi aplicado em uma configuração eletroquímica em fluxo contínuo com eletrodos diretamente depositados sobre a membrana de separação de íons (Membrane Electrode Assembly, MEA). Apesar do uso mínimo de catalisador, o sistema alcançou altas correntes (mais de 100 mA/cm2) e eficiência faradaica para a produção de CO (63%) em voltagens de célula aceitáveis (3.2 V) quando comparado com valores de referência para aplicação industrial. Assim, esta tese demonstra o impacto dos aspectos de engenharia de eletrodos e sistemas reacionais no desempenho geral da redução eletroquímica de CO2, fatores que podem subestimar o potencial de um sistema reacional e, também, influir na sua estabilidade ao longo do tempo. (AU)

• Processo FAPESP: 19/10689-2 - Preparação de sistemas de reação para a oxidação seletiva fotocatalítica do metano para metanol
• Beneficiário: Eduardo Henrique Dias
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto