Estudo das propriedades estruturais, magnéticas, e eletrocatalíticas de compósitos de Fe-W e Fe-Mo para aplicação na reação de evolução de oxigênio

The world energy demand grows year after year and because of the environmental impact of fossil fuels consumption, it is urgent the search for a sustainable energy source. Hydrogen is a great candidate for this post, but his large-scale production still faces some adversities. The cleanest way to...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Guilherme, Gustavo Kaique da Silva
Outros Autores: Torres, Marco Antônio Morales
Formato: Dissertação
Idioma:pt_BR
Publicado em: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Assuntos:
Física
Hidrogênio
OER
Nanocompósitos
Tungstênio
Molibidênio
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/49023
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Guilherme, Gustavo Kaique da Silva
Estudo das propriedades estruturais, magnéticas, e eletrocatalíticas de compósitos de Fe-W e Fe-Mo para aplicação na reação de evolução de oxigênio
description The world energy demand grows year after year and because of the environmental impact of fossil fuels consumption, it is urgent the search for a sustainable energy source. Hydrogen is a great candidate for this post, but his large-scale production still faces some adversities. The cleanest way to produce this fuel is from the water electrolysis, which occurs through two half-reactions, the hydrogen evolution reaction (HER) and the oxygen evolution reaction (OER). The last one has slower kinetics, which makes the total process not efficient. Thus, it is important to chose the right catalyst, however, nowadays the frequently used cayalyst are based on rare and consequently more expensive materials, such as Pt and Ru. In this context, it is necessary to search for catalysts of cheaper materials. Therefore, this work is dedicated to the synthesis and analysis of the physical and electrochemical properties of Fe-W and Fe-Mo nanocomposites for application as OER catalyst. The nanocomposites were produced by the sol-gel method, their structural characterizations were performed through X-ray diffraction (XRD), their magnetic properties studied by vibrating-sample magnetometry (VSM) and by M¨ossbauer spectroscopy (MS), and their electrochemical specificities were based on linear scan voltammetry (LSV), electrochemically active area (ECSA) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements. Thus, for the system Fe-W, a nanocomposite containing two distinct phases was obtained, Fe and Fe6W6C, and for the system Fe-Mo a composite that has the metals Fe, Mo and possibly a non-homogeneous alloy of these two metals. The magnetic characterizations pointed to soft ferromagnetic materials, with low remanent and coercive fields. On the other hand, the electrochemical measurements showed to be promising because both composites presented overpotential values classified as ideal and very close to RuO2 in electrolysis in alkaline medium.
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The cleanest way to produce this fuel is from the water electrolysis, which occurs through two half-reactions, the hydrogen evolution reaction (HER) and the oxygen evolution reaction (OER). The last one has slower kinetics, which makes the total process not efficient. Thus, it is important to chose the right catalyst, however, nowadays the frequently used cayalyst are based on rare and consequently more expensive materials, such as Pt and Ru. In this context, it is necessary to search for catalysts of cheaper materials. Therefore, this work is dedicated to the synthesis and analysis of the physical and electrochemical properties of Fe-W and Fe-Mo nanocomposites for application as OER catalyst. The nanocomposites were produced by the sol-gel method, their structural characterizations were performed through X-ray diffraction (XRD), their magnetic properties studied by vibrating-sample magnetometry (VSM) and by M¨ossbauer spectroscopy (MS), and their electrochemical specificities were based on linear scan voltammetry (LSV), electrochemically active area (ECSA) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements. Thus, for the system Fe-W, a nanocomposite containing two distinct phases was obtained, Fe and Fe6W6C, and for the system Fe-Mo a composite that has the metals Fe, Mo and possibly a non-homogeneous alloy of these two metals. The magnetic characterizations pointed to soft ferromagnetic materials, with low remanent and coercive fields. On the other hand, the electrochemical measurements showed to be promising because both composites presented overpotential values classified as ideal and very close to RuO2 in electrolysis in alkaline medium. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A demanda energética mundial cresce ano após ano e devido aos impactos ambientais causados pelo consumo dos combustíveis fósseis é urgente a procura por fontes de energia sustentáveis. O hidrogênio é um ótimo candidato a esse posto, mas a sua produção em larga escala ainda enfrenta algumas adversidades. A forma mais limpa de se produzir esse combustível é a partir da eletrólise da água, que ocorre através de duas semirreações, a reação de evolução do hidrogênio (HER) e a reação de evolução do oxigênio (OER). Essa segunda apresenta uma cinética mais lenta, o que torna o processo total pouco eficiente. Dessa maneira a escolha de catalisadores é importante, entretanto, os catalisadores mais comuns hoje em dia se baseiam em materiais raros e consequentemente, mais caros, como a Pt e o Ru. Nesse contexto é necessário a busca por catalizadores de materiais mais baratos. Sendo assim, esse trabalho se dedica a síntese e a análise de propriedades físicas e eletroquímicas de nanocompósitos de Fe-W e Fe-Mo visando a aplicação na catálise de OER. Os nanocompósitos foram produzidos pelo método sol-gel, suas caracterizações estruturais foram realizadas através da difração de raios-X (DRX), suas propriedades magnéticas estudadas pela magnetrometria de amostra vibrante (VSM) e pela espectroscopia Mössbauer (MS), e suas especificidades eletroquímicas analisadas por meio da voltametria de varredura linear (LSV), área eletroquimicamente ativa (ECSA) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS). Como resultado foram obtidos um nanocompósito contendo duas fases distintas, Fe e Fe6W6C, e um outro compósito que apresentou Fe-Mo e possivelmente uma liga não homogênea desses dois metais. As caracterizações magnéticas apontaram para materiais ferromagnéticos macios, com baixo campo remanente e coercivo. Já as medidas eletroquímicas mostraram-se promissoras pois ambos os compósitos apresentaram valores de sobrepotencial classificados como ideais e muito próximos do RuO2 na eletrólise em meio alcalino. 2022-08-03T20:19:28Z 2022-08-03T20:19:28Z 2022-05-30 masterThesis GUILHERME, Gustavo Kaique da Silva. Estudo das propriedades estruturais, magnéticas, e eletrocatalíticas de compósitos de Fe-W e Fe-Mo para aplicação na reação de evolução de oxigênio. 2022. 56f. Dissertação (Mestrado em Física) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/49023 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICA

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