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Engenharia de nanoestruturas de óxido de cobre via plasma não térmico para redução eletroquímica de CO2

dc.contributor.advisor1Mascaro, Lucia Helena
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9130022476352844
dc.contributor.authorMestriner, Eloá Rodrigues
dc.contributor.authorlatteshttps://lattes.cnpq.br/8219299536584388
dc.contributor.refereeSouza, Fernanda de Lourdes
dc.contributor.refereeSitta, Elton Fabiano
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/2583849090572828
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/4326476348284298
dc.date.accessioned2026-09-25T14:43:41Z
dc.date.issued2026-07-24
dc.description.abstractENGINEERING OF COPPER OXIDE NANOSTRUCTURES VIA NON-THERMAL PLASMA FOR THE ELECTROCHEMICAL REDUCTION OF CO2 investigated the development and optimization of nanostructured electrocatalysts based on copper and CuOx/ZnO, employing defect engineering and structural modification via radio-frequency non-thermal plasma, while evaluating the impact of different gaseous atmospheres. The results demonstrate that post-synthesis modifications on CuOx over metallic mesh optimized the catalytic interface and favored the formation of C2+ products, achieving Faradaic efficiencies (FE) greater than 70%. However, these modulations were limited to the catalyst surface, proving ineffective for suppressing the hydrogen evolution reaction and for the robust propagation of carbon chains. The application of non-thermal plasma treatment prior to the anodization step induced profound structural modifications that extended to the material's bulk, creating preferential nucleation sites. This resulted in a decrease in hydrogen formation rates (FE≤ 25%) and directed C-C coupling routes depending on the gaseous atmosphere. Thus, N2 plasma favored selectivity for n-propanol (FE= 14%), while CO2 plasma stabilized ketones (FE= 7%) and conferred notable integrity to the film. The methodological expansion to CuO/ZnO heterostructures proved that CO2 plasma acts beyond oxidation, serving as an efficient promoter of atomic diffusion and structural consolidation. The controlled incorporation of zinc induced electronic modulation, increasing the electrochemically active surface area, significantly suppressing hydrogen reduction (FE = 11%), favoring the alcohol formation route, primarily ethanol (FE ≥ 25%). Adjusting the plasma exposure time allowed for switching the predominant selectivity between C3 and C2 products. In summary, this work establishes that the synergy between the choice of support, controlled bimetallic integration, and defect induction via non-thermal plasma represents a robust and innovative approach for the rational design of selective catalysts.eng
dc.description.resumoENGENHARIA DE NANOESTRUTURAS DE ÓXIDO DE COBRE VIA PLASMA NÃO TÉRMICO PARA REDUÇÃO ELETROQUÍMICA DE CO2, investigou o desenvolvimento e otimização de eletrocatalisadores nanoestruturados à base de cobre e CuOx/ZnO, empregando a engenharia de defeitos e a modificação estrutural via plasma não térmico de radiofrequência, avaliando o impacto de diferentes atmosferas gasosas. Os resultados obtidos demonstram que as modificações pós síntese em CuOx sobre malha metálica otimizaram a interface catalítica e favoreceram a formação de produtos C2+, atingindo eficiências faradaicas (EF) maiores que 70%. Contudo, essas modulações limitaram-se à superfície do catalisador, sendo inefetivas para a supressão da reação de formação de hidrogênio e para a propagação robusta de cadeias carbônicas. A aplicação do tratamento de plasma não térmico previamente à etapa de anodização, induziu modificações estruturais profundas que se estenderam ao bulk do material, criando sítios de nucleação preferenciais. Este fato resultou na diminuição das taxas de formação de hidrogênio (EF≤ 25%) e no direcionamento das rotas de acoplamento C-C dependente da atmosfera gasosa. Deste modo, plasma de N2 favoreceu a seletividade para n-propanol, (EF= 14%), enquanto o plasma de CO2 estabilizou cetonas (EF= 7%) e conferiu notável integridade ao filme. A expansão metodológica para heteroestruturas CuO/ZnO comprovou que o plasma de CO2 atua além da oxidação, como um eficiente promotor de difusão atômica e consolidação estrutural. A incorporação controlada de zinco induziu modulação eletrônica, aumentando da área eletroquimicamente ativa, a supressão expressiva redução de hidrogênio atingindo EF= 11%, e favorecimento da rota de formação de álcoois, principalmente etanol (EF≥ 25%). O ajuste no tempo de exposição ao plasma, permitiu alternar a seletividade predominante entre produtos C3 e C2. Em suma, o trabalho estabelece que a sinergia entre a escolha do suporte, a integração bimetálica controlada e a indução de defeitos via plasma não térmico representam uma abordagem robusta e inovadora para o design racional de catalisadores seletivos.por
dc.description.sponsorshipFinanciadora de Estudos e Projetos (FINEP)
dc.description.sponsorshipIdProcesso nº 01.23.0645.00. Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP)
dc.identifier.citationMESTRINER, Eloá Rodrigues. Engenharia de nanoestruturas de óxido de cobre via plasma não térmico para redução eletroquímica de CO2. 2026. Dissertação (Mestrado em Química) – Universidade Federal de São Carlos, Campus São Carlos, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/24753.*
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/24753
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.centerCentro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQ
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
dc.subjectEletrocatalisadorespor
dc.subjectPlasma não térmicopor
dc.subjectEletrocatálisepor
dc.subjectCO2por
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::ELETROQUIMICA
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
dc.subject.ods17. Parcerias e Meios de Implementação
dc.subject.ods18. Igualdade Étnico-Racial para o Desenvolvimento Sustentável
dc.titleEngenharia de nanoestruturas de óxido de cobre via plasma não térmico para redução eletroquímica de CO2por
dc.title.alternativeEngineering of copper oxide nanostructures via non-thermal plasma for electrochemical CO2 reductioneng
dc.typeDissertação

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