Desenvolvimento de catalisadores a base de cobre modificados com monoetanolamina para aplicação na redução de CO2
| dc.contributor.advisor-co1 | Silva, Gelson T.S.T. da | |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1463546552427589 | por |
| dc.contributor.advisor-co1orcid | https://orcid.org/0000-0001-9448-1455 | por |
| dc.contributor.advisor1 | Mendonça, Dr. Vagner Romito de | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/2907189124654066 | por |
| dc.contributor.advisor1orcid | https://orcid.org/0000-0003-2300-9959 | por |
| dc.contributor.author | Almeida, Jéssica de | |
| dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/8973450880047016 | por |
| dc.contributor.authororcid | https://orcid.org/0000-0001-9725-5007 | por |
| dc.date.accessioned | 2024-12-10T22:52:38Z | |
| dc.date.available | 2024-12-10T22:52:38Z | |
| dc.date.issued | 2024-08-30 | |
| dc.description.abstract | The photo and electrochemical conversion of CO2 into higher-value products, such as fuels and chemical precursors, emerges as a promising solution to mitigate carbon emissions and meet the growing global energy demand. However, the viability of these technologies hinges on developing efficient, stable, and cost-effective catalysts. In this work, modified Cu-based catalysts were evaluated for their potential application in the photo and electroreduction of CO2. Aiming to enhance selectivity, reagent availability on the surface, and reduce the reaction overpotential, the studied catalysts were functionalized with nitrogen groups derived from monoethanolamine (MEA), which act as CO2 adducts. The syntheses were conducted by solvothermal reaction and chemical precipitation, both simple techniques involving a single reaction step to obtain the final material. These materials were characterized by various analytical techniques and further applied in CO2 reduction processes. The catalysts synthesized by the solvothermal reaction exhibited compositional variations with copper fractions in different oxidation states, depending on the concentration of added MEA. These catalysts were then assessed for their applicability in the photochemical reduction of CO2, achieving methanol production rates of 1097 µmol g-1h-1, with selectivity greater than 85%. The samples synthesized by chemical precipitation resulted in forming CuO catalysts with different morphologies and crystallite sizes depending on the alkaline agent utilized in the synthesis. The catalyst synthesized with MEA exhibited superior performance in the photoreduction of CO2 compared to catalysts synthesized with other bases (NaOH, KOH, NH4OH), with a methane production rate of 57.2 µmol g-1 h-1. The enhanced activity was attributed to the functionalization of the surface with nitrogen groups. In the electroreduction of CO2, the use of the MEA-functionalized catalyst resulted in current densities of approximately 155 mA cm-2 and stability exceeding 100 hours in long-term tests. The results of this work indicate that functionalization with MEA increases the efficiency of copper-based catalysts in CO2 reduction, both in photochemical and electrochemical processes. | en |
| dc.description.resumo | A conversão foto e eletroquímica do CO2 em produtos de maior valor, como combustíveis e precursores químicos, desponta como uma solução promissora para mitigar as emissões de carbono e atender à crescente demanda energética global. No entanto, a viabilização dessas tecnologias depende do desenvolvimento de catalisadores eficientes, estáveis e de baixo custo. No presente trabalho, catalisadores a base de Cu modificados foram avaliados quanto ao seu potencial de aplicação na foto e eletrorredução de CO2. Com o objetivo de aumentar a seletividade, disponibilidade de reagente na superfície e reduzir o sobrepotencial da reação, os catalisadores estudados foram funcionalizados com grupos nitrogenados, provenientes da monoetanolamina (MEA) que atuam como adutos de CO2. As sínteses foram conduzidas por reação solvotérmica e precipitação química, ambas técnicas simples tendo apenas uma etapa de reação para obtenção do material final. Estes materiais foram caracterizados por diversas técnicas analíticas e aplicados em processos de redução de CO2. Os catalisadores sintetizados por reação solvotérmica apresentaram variações de composição com frações de cobre em diferentes estados de oxidação a depender da concentração de MEA adicionada. Estes catalisadores foram avaliados quanto a sua aplicabilidade para redução fotoquímica de CO2, atingindo taxas de produção de metanol de 1097 µmol g-1h-1, com seletividade maior que 85%. As amostras sintetizadas por precipitação química resultaram na formação de catalisadores de CuO com diferentes morfologias e tamanhos de cristalitos a depender do agente alcalino utilizado na síntese. O catalisador sintetizado com MEA apresentou desempenho superior na fotorredução de CO2, quando comparado aos catalisadores sintetizados com outras bases (NaOH, KOH, NH4OH), com produção de metano de 57.2 µmol g-1 h-1. A maior atividade foi atribuída à funcionalização da superfície com grupos nitrogenados. Na eletrorredução de CO2,o uso do catalisador funcionalizado com MEA resultou em densidades de corrente de aproximadamente 155 mA cm-2 e estabilidade de mais de 100 horas em testes de longa duração. Os resultados deste trabalho indicam que a funcionalização com MEA aumenta a eficiência dos catalisadores à base de cobre na redução de CO2, tanto em processos fotoquímicos quanto eletroquímicos. | por |
| dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) | por |
| dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
| dc.description.sponsorship | Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) | por |
| dc.description.sponsorshipId | CNPq (grant 409904/2016-3) | por |
| dc.description.sponsorshipId | FAPESP (grants 2018/01258-5 and 22/10255-5) | por |
| dc.description.sponsorshipId | CAPES finance code 001 | por |
| dc.identifier.citation | ALMEIDA, Jéssica de. Desenvolvimento de catalisadores a base de cobre modificados com monoetanolamina para aplicação na redução de CO2. 2024. Tese (Doutorado em Ciência dos Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, Sorocaba, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21122. | * |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21122 | |
| dc.language.iso | por | por |
| dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
| dc.publisher.address | Câmpus Sorocaba | por |
| dc.publisher.initials | UFSCar | por |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais - PPGCM-So | por |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
| dc.subject | Fotocatálise | por |
| dc.subject | Eletroquímica | por |
| dc.subject | CO2 | por |
| dc.subject | Photocatalysis | en |
| dc.subject | Electrochemical | en |
| dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::MATERIAIS ELETRICOS::MATERIAIS E COMPONENTES SEMICONDUTORES | por |
| dc.title | Desenvolvimento de catalisadores a base de cobre modificados com monoetanolamina para aplicação na redução de CO2 | por |
| dc.title.alternative | Development of copper-based catalysts modified with monoethanolamine for application in CO2 reduction | en |
| dc.type | Tese | por |
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