Desenvolvimento de nanomateriais baseados em óxido de cério e níquel para o processo de eletro-oxidação de ureia em meio alcalino

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MetadadosDescriçãoIdioma
Autor(es): dc.contributorSilva, Júlio César Martins da-
Autor(es): dc.contributorAlves, Odivaldo Cambraia-
Autor(es): dc.contributorXing, Yutao-
Autor(es): dc.contributorSouza, Juliana dos Santos de-
Autor(es): dc.creatorTanabe, Nássara Bárbara Mendes-
Data de aceite: dc.date.accessioned2024-07-11T18:28:51Z-
Data de disponibilização: dc.date.available2024-07-11T18:28:51Z-
Data de envio: dc.date.issued2023-09-21-
Data de envio: dc.date.issued2023-09-21-
Fonte completa do material: dc.identifierhttp://app.uff.br/riuff/handle/1/30511-
Fonte: dc.identifier.urihttp://educapes.capes.gov.br/handle/capes/771390-
Descrição: dc.descriptionEfluentes ricos em ureia são produzidos diariamente, porque a ureia é um composto orgânico que se encontra presente na urina humana e é produzida industrialmente como fertilizante. A ureia é capaz de se converter em amônia que é tóxica e que, posteriormente, pode ser oxida a nitratos, nitritos e óxidos nítricos. Logo, para promover o tratamento desses efluentes torna-se imprescindível o desenvolvimento de tecnologias de baixo custo. Um método promissor é a oxidação eletroquímica que apresenta a vantagem de geração de gás hidrogênio (H2), que pode ser utilizado na conversão de energia química em energia elétrica com alta eficiência e baixa emissão de poluentes em células a combustível. Nesse presente trabalho, foram sintetizados nanocubos e agulhas de céria com 5%, 10% e 20% (porcentagem molar) de níquel por dois métodos diferentes: em uma etapa pelo método hidrotermal; em duas etapas pelo método hidrotermal (utilizado na síntese das estruturas de céria) e de redução com borohidreto de sódio (utilizado para síntese de nanopartículas de níquel). O objetivo desse trabalho foi avaliar a atividade eletrocatalítica desses materiais frente a reação de eletro-oxidação de ureia em meio alcalino. A caracterização física dos materiais sintetizados foi realizada utilizando as técnicas de Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) e mapeamento por Espectroscopia em Energia Dispersiva (EDS). Adicionalmente, a técnica de Ressonância Paramagnética Eletrônica (EPR) mostrou um comportamento ferromagnético dos materiais de céria que pode estar associado a vacâncias de oxigênio. Nos experimentos de Voltametria Cíclica (VC), em relação aos materiais sintetizados em uma única etapa, a maior densidade de corrente de pico obtida para o processo de eletro-oxidação de ureia foi sobre o catalisador agulhas de Ni-CeO2/C 5%, fato provavelmente ligado a maior quantidade de níquel presente na superfície do catalisador que concede uma maior capacidade para oxidar moléculas de ureia. Além disso, não foi possível observar nenhum pico referente a oxidação da ureia para os nanocubos de Ni-CeO2, provavelmente porque o níquel encontrava-se numa região interna da céria e não em sua superfície. Em relação aos materiais sintetizados em duas etapas, a maior densidade de corrente de pico obtida para o processo de eletro-oxidação de ureia foi sobre o catalisador agulhas de Ni-CeO2/C 10%, fato que pode estar associado aos planos preferencialmente expostos. Nas agulhas, os planos preferencialmente expostos são {100} e {110}, que possuem maior capacidade de oxidação de intermediários, enquanto que nos cubos somente o plano {100} encontra-se preferencialmente exposto. A mesma tendência foi observada nos experimentos de Cronoamperometria (CA). A síntese dos materiais em duas etapas permitiu obtenção de maiores valores de densidade de corrente, tanto nos experimentos de VC quanto nos experimentos de CA.-
Descrição: dc.descriptionEffluents rich in urea are produced daily, because urea is an organic compound that is present in human urine and is produced industrially as a fertilizer. Urea is capable of converting into ammonia which is toxic and which can subsequently be oxidized to nitrates, nitrites and nitric oxides. Therefore, to promote the treatment of these effluents, it is essential to develop lowcost technologies. A promising method is electrochemical oxidation, which has the advantage of generating hydrogen gas (H2), which can be used to convert chemical energy into electrical energy with high efficiency and low emission of pollutants in fuel cells. In this present work, ceria nanocubes and needles with 5%, 10% and 20% (molar percentage) of nickel were synthesized by two different methods: in one step by the hydrothermal method; in two steps by the hydrothermal method (used in the synthesis of ceria structures) and reduction with sodium borohydride (used in the synthesis of nickel nanoparticles). The objective of this work was to evaluate the electrocatalytic activity of these materials against the electro-oxidation reaction of urea in an alkaline medium. The physical characterization of the synthesized materials was performed using X-Ray Diffraction (XRD), Transmission Electron Microscopy (TEM) and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) mapping. Additionally, the Electronic Paramagnetic Resonance (EPR) technique showed a ferromagnetic behavior of ceria materials that may be associated with oxygen vacancies. In the Cyclic Voltammetry (VC) experiments, in relation to the materials synthesized in a single step, the highest peak current density obtained for the urea electro-oxidation process was on the Ni-CeO2/C 5% needle catalyst, this fact is probably linked to the greater amount of nickel present on the surface of the catalyst, which grants it a greater capacity to oxidize urea molecules. Furthermore, it was not possible to observe any peak referring to the oxidation of urea for the Ni-CeO2 nanocubes, probably because the nickel was found in an internal region of ceria and not on its surface. In relation to the materials synthesized in two stages, the highest peak current density obtained for the urea electro-oxidation process was on the Ni-CeO2/C 10% needle catalyst, a fact that may be associated with the preferentially exposed planes. In the needles, the preferentially exposed planes are {100} and {110}, which have a greater capacity to oxidize intermediates, while in the cubes, only the {100} plane is preferentially exposed. The same tendency was observed in Chronoamperometry (CA) experiments. The synthesis of the materials in two steps allowed obtaining higher values of current density, both in the VC experiments and in the CA experiments.-
Descrição: dc.description73 f.-
Formato: dc.formatapplication/pdf-
Idioma: dc.languagept_BR-
Direitos: dc.rightsOpen Access-
Direitos: dc.rightsCC-BY-SA-
Palavras-chave: dc.subjectNanomaterial-
Palavras-chave: dc.subjectÓxido de cério-
Palavras-chave: dc.subjectNíquel-
Palavras-chave: dc.subjectUréia-
Palavras-chave: dc.subjectOxidação-
Palavras-chave: dc.subjectAnálise eletroquímica-
Título: dc.titleDesenvolvimento de nanomateriais baseados em óxido de cério e níquel para o processo de eletro-oxidação de ureia em meio alcalino-
Título: dc.titleDevelopment of nanomaterials based on cerium and nickel oxide for the urea electro-oxidation process in alkaline media-
Tipo de arquivo: dc.typeDissertação-
Aparece nas coleções:Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense - RiUFF

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