Tecnologia do hidrogênio: carvões de biomassas como suportes de nanopartículas de Pd aplicados em eletrocatálise

Abstract

Nesta dissertação, buscou-se avaliar o potencial da utilização de carvões derivados de resíduos de bagaço (CB) e casca de cana-de-açúcar (CC), casca de pinhão (CP) e casca de pequi (CPE), como suporte para nanopartículas de paládio (Pd) na eletrocatálise da reação de evolução do hidrogênio (HER) e da reação de redução do oxigênio (ORR), em solução de H2SO4 0,5 mol L-1. O desempenho como suporte foi comparado ao do carbono Vulcan XC-72R (CV), utilizado como referência. Os eletrocatalisadores Pd/CX foram sintetizados usando um método de redução com borohidreto, e a caracterização dos materiais foi realizada por meio de técnicas como espectroscopia Raman, análise elementar CHN, análise de área superficial BET, difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura e de transmissão (MEV e MET, respectivamente) e espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDX). Para avaliar as propriedades eletrocatalíticas desses materiais, performou-se medidas de voltametria cíclica (VC), voltametria linear (VL), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e cronopotenciometria (CP) para a HER; e voltametria hidrodinâmica para a ORR. Os resultados obtidos indicam que a HER segue o mecanismo de Volmer-Heyrovsky para todos os catalisadores, e atividades semelhantes entre Pd/CV e Pd/CB, com densidades de corrente de troca (j0) calculadas em 1,97 mA cm-2 para Pd/CV e 1,03 mA cm-2 para Pd/CB. Além disso, ambos os eletrodos, Pd/CV e Pd/CB, exibiram excelente estabilidade e altas eficiências faradaicas para a HER, aproximadamente 94,7% para Pd/CV e 93,4% para Pd/CB. Esses resultados destacam o potencial de CB como um material promissor para suportar nanopartículas de Pd na promoção e eletrocatálise da HER em condições ácidas, comparável ao desempenho de CV. Já para a ORR, os resultados obtidos indicam que a cinética eletroquímica de Pd/CPE, Pd/CB e Pd/CC são comparáveis ou até superiores a Pd/CV, mas por apresentarem a rota de redução via 2 elétrons como predominante, o que sugere a formação de H2O2, o uso destes como eletrocatalisadores eficientes no cátodo de células a combustível se torna limitado, o que é confirmado posteriormente por meio da sua aplicação em uma célula a combustível com membrana de troca de prótons (PEMFC) unitária. Em síntese, destaca-se, a partir dos dados obtidos, a potencialidade da aplicação dos materiais derivados de resíduos de biomassa, obtidos sob condições brandas, nas aplicações eletroquímicas da tecnologia do hidrogênio.