Estudo da Reatividade de Nanoestrutura Porosa de Carbono Dopado com Metais para Catálise de Reações de Evolução de Hidrogênio

Estudo da Reatividade de Nanoestrutura Porosa de Carbono Dopado com Metais para Catálise de Reações de Evolução de Hidrogênio

• Autor
• Caique Campos de Oliveira
• Co-autores
• Lanna Emilli Lucchetti Barbosa , Pedro Alves da Silva Autreto
• Resumo

• A busca por novas fontes energéticas limpas e renováveis tem sido um tema de extrema relevância nos últimos anos, devido a urgência em implementar medidas de mitigação dos efeitos das mudanças climáticas, agravados pelo alto consumo de combustíveis fósseis. As grandes apostas para amenizar esses efeitos causados principalmente por emissões de gases de efeito estufa (GHG) gerados por atividades antropogênicas são o aumento do uso de fontes de energia de baixa emissão (nuclear), renováveis (solar, eólica) e a eletrificação de setores energéticos, visando a descarbonização [1]. Nesse contexto, o hidrogênio possui grande potencial para atuar como carregador energético devido à alta densidade de energia gravimétrica, abundância e ecologia podendo ser usado no armazenamento do excedente de energia renovável intermitente (solar e eólica) e na geração de eletricidade de forma limpa e eficiente [2]. Contudo, a crescente demanda por hidrogênio é principalmente suprida pelo chamado hidrogênio cinza, produzido a partir de recursos fósseis por meio da reforma de hidrocarbonetos [3]. Por outro lado, esse composto pode ser produzido de maneira limpa e renovável a partir da eletrólise da água nas subreações de evolução de hidrogênio (HER) em dispositivos eletrolizadores [2]. A necessidade de novos materiais eficientes para a catálise da HER tem atraído grande interesse de pesquisa. Em particular, nanoestruturas de carbono oferecem alta variedade de composições e morfologia com possibilidade de ajustar propriedades estruturais e eletrônicas por meio da dopagem com outros elementos. O grafenileno é um alótropo de carbono 2D com hibridização sp2 com um band gap não nulo [4] cuja estrutura porosa proporciona propriedades adequadas para aplicações energéticas como armazenamento de hidrogênio [5], catálise da oxidação de gases poluentes [6] e baterias íon lítio [7]. Diversos estudos investigaram a atividade catalítica de estruturas utilizando métodos computacionais de estado da arte como a teoria do funcional da densidade (DFT) e o modelo termodinâmico do eletrodo de hidrogênio computacional (CHE) [8]. Entretanto, estudos compreensivos sobre a reatividade dessas estruturas em relação à HER ainda são escassos na literatura. Essa apresentação oral tem como principal objetivo compartilhar o progresso de nosso trabalho nessa linha de estudos de atividade catalítica de nanoestruturas de carbono decoradas com metais e mais recentemente, estudos de reatividade baseadas na teoria do orbital de fronteira por meio das funções de Fukui [9]. 

   

  Referências 

  [1] D. Y. C. Leung, G. Caramanna,  M. M. Maroto-Valer,  Renewable and Sustainable Energy Reviews (2014) https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.07.093 

  [2] P. J. Megía, A. J. Vizcaíno, J. A. Calles, A. Carrero, Energy & Fuels (2021) https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.1c02501 

  [3] X. Li, C. J. Raorane, C. Xia, Y. Wu, T. K. N. Tran, T. Khademi, Fuel (2023) https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.126684 

  [4] G. Brunetto, P. A. S. Autreto, L. D. Machado, B. I. Santos, R. P. B. dos Santos, D. S. Galvão, The Journal of Physical Chemistry C, (2012) https://doi.org/10.1021/jp211300n. 

  [5] T. Hussain, M. Hankel, D. J. Searles, The Journal of Physical Chemistry C, 121(27), 14393–14400. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b02191 

  [6]

• Palavras-chave
• Hidrogênio, HER, Catálise, Nanoestrutura porosa de carbono, Dopagem, DFT, Fukui
• Modalidade
• Comunicação oral
• Área Temática
• Materias Funcionais Avançados