Redução Eletroquímica de Nitrato à Amônia Catalisada por Átomos Isolados e Óxidos Metálicos

Resumo

O gás nitrogênio, como principal componente do ar, tem sido usado para a produção em massa de amônia há mais de um século, fornecendo nutrição suficiente para a agricultura e o crescimento da população mundial. Nos últimos anos, esforços significativos têm sido feitos para desenvolver processos sustentáveis de produção de amônia em condições amenas, com o objetivo de prevenir o consumo intensivo de energia e as elevadas emissões de carbono associadas ao processo tradicional Haber-Bosch. Dentre as diversas possibilidades, destaca-se a reação eletroquímica de redução de nitrato (NO3RR) que permite a remoção simultânea de nitrato presente em córregos contaminados e a geração de amônia, utilizando eletricidade renovável como fonte de energia. Neste projeto propomos a utilização de duas classes de eletrocatalisadores para melhorar o desempenho desta reação, a saber: átomos isolados (Co, Cu, Ni e Fe) suportados em matrizes bidimensionais (PHI e NC) e óxidos metálicos (Co3O4, Cu2O e Ag2O) nanoestruturados (placas e fios) à base de metais de transição. Ambas as alternativas possuem propriedades físico-químicas requeridas para diminuir o elevado sobrepotencial de desencadeamento da reação e para aumentar a eficiência Faradaica com altas taxas de produção de amônia. O foco deste projeto não é avaliar apenas a performance eletroquímica do material, mas identificar os sítios ativos do eletrocatalisador em tempo real e ajustar sua atividade com o auxílio do monitoramento in situ dos intermediários da reação juntamente com as propriedades eletrônicas e estruturais do material utilizando técnicas avançadas de espectroscopia de absorção de raios-X operando. (AU)