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dc.contributor.authorCarneiro Neto, Evaldo Batista
dc.date.accessioned2018-04-10T11:37:02Z
dc.date.available2018-04-10T11:37:02Z
dc.date.issued2012-02-27
dc.identifier.citationCARNEIRO NETO, Evaldo Batista. Estudo da variação de pH interfacial durante a reação de desprendimento de hidrogênio por simulação de elementos finitos. 2012. Dissertação (Mestrado em Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2012. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/9703.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/9703
dc.description.abstractDifferent papers propose a interfacial pH variation during an electrochemical reaction. Among them, as example, can be cited the electrodeposition of Zn and Co as well as the steel corrosion in aqueous sulphide solutions. Considering this, we decide to investigated from a fundamental point of view such interfacial pH change during Hydrogen Evolution Reaction using finite elements method. The need to use numerical methods is related to the coupling among a large number of differential equations which have not any analytical solution under those conditions generally used in an electrochemical measurement. To perform such task we used Comsol Multiphysics software under Linux (Ubuntu 10.04). As the main purpose, we want to understand the pH change phenomena and explore also where it truly occurs during a reduction reaction. To investigate the system, it was simulated both, Volmer-Tafel and Volmer-Heyrovský mechanism and also considering both the hydronium and water reduction reactions. The transport of both H3O+ and OH- were described using the Nernst-Planck equation considering the diffusion and, in some cases, the conveccion. The charge transference for the produced/consumed species were modelled using the Butler-Volmer equation. It was also described the water dissociation and hydronium/hydroxil recombination reaction constant during the simulation experiments. Finally, the adsorption of H atoms on the surface we considered using Langmuir adsorption isotherm. Two different kinds of experiment were described under unidimensional geometry: linear sweep voltammetry and chronopotentiometry curves. 2-D geometry was used to simulate the ring-disk electrodes and also microelectrodes which were investigated in constant potential and voltammetric transients. The results shown that depending on the multiple variables presented above an interfacial pH change up 4.2 units can occur which surely modifies in a transient form the experimental conditions and must be considered during the design of such experiments.eng
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rights.uriAcesso abertopor
dc.subjectReação de desprendimento de hidrogêniopor
dc.subjectMecanismo de Volmer-Taffelpor
dc.subjectMecanismo de Volmer-Heyrovskýpor
dc.subjectMétodo dos elementos finitospor
dc.subjectEletroquímica computacionalpor
dc.subjectHydrogen evolution reactioneng
dc.subjectFinite elementseng
dc.subjectComputational electrochemistryeng
dc.subjectHEReng
dc.titleEstudo da variação de pH interfacial durante a reação de desprendimento de hidrogênio por simulação de elementos finitospor
dc.typeDissertaçãopor
dc.contributor.advisor1Souza, Ernesto Chaves Pereira de
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1505400360366643por
dc.description.resumoDiversos trabalhos assumem que ocorre uma variação de pH interfacial durante uma reação eletroquímica. Dentre estas últimas, por exemplo, podem ser ressaltados os estudos em eletrodeposição de Zn, eletrodeposição de Co e na corrosão de aço em meio de sulfeto. Por esta razão, nós nos propusemos a estudar fundamentalmente tal variação de pH durante a reação de desprendimento de hidrogênio eletroquímico utilizando simulação de elementos finitos. Como o conjunto de equações escolhido é amplo e possui variáveis acopladas, as soluções analíticas não são viáveis, por isso elas foram resolvidas usando-se o método numérico dos elementos finitos através do software Comsol Multiphysics em ambiente GNU Linux Ubuntu 10.04. Com este trabalho, nós almejamos compreender acerca deste fenômeno bem como delimitar as condições nas quais as variações de pH efetivamente podem ocorrer. Para tanto, realizamos simulações baseadas nos mecanismos de Volmer-Tafel e Volmer-Heyrovský levando em conta a contribuição da redução dos íons hidrônio e da água. Nestas simulações, modelamos o transporte das espécies H3O+ e OH- em solução através da equação de Nernst-Planck, considerando a o transporte de massa por difusão e, em alguns casos, também por convecção. O fluxo de consumo/produção das espécies na superfície do eletrodo é descrito pela equação de Butler-Volmer. Considerou-se ainda, em alguns casos, o processo de dissociação da molécula de água e a recombinação do íons hidrônio e hidroxila. Finalmente, o processo de recobrimento do eletrodo pela adsorção de H atômico na superfície foi modelado em acordo com a teoria de isoterma de adsorção de Langmuir. Dois tipos de experimentos eletroquímicos foram simulados em geometria unidimensional: a varredura linear de potencial (regime voltamétrico) e corrente constante (regime galvanostático). Geometria bidimensional foi empregada para simular o comportamento de eletrodos de disco-anel rotatório e de microeletrodos, os quais foram estudados os transientes potenciostático e voltamétrico. Os resultados mostraram que variações de pH de até 4,2 unidades podem ocorrer o que, certamente, modifica de forma transiente as condições de contorno experimental e que, portanto, devem ser consideradas no planejamentos destes experimentos.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQpor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::MATEMATICA DA COMPUTACAO::MODELOS ANALITICOS E DE SIMULACAOpor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICApor
dc.description.sponsorshipIdCNPq: 132622/2010-6por
dc.ufscar.embargoOnlinepor
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/4479221303249536por


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