@PhDThesis{Fonseca:2023:CaEsDe,
author = "Fonseca, Beatriz Carvalho da Silva",
title = "Desenvolvimento de eletrocatalisadores por s{\'{\i}}nteses
sustent{\'a}veis: caracteriza{\c{c}}{\~a}o e estudo do
desempenho eletroqu{\'{\i}}mico",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2023",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2023-03-22",
keywords = "licor negro, processos sustent{\'a}veis, tanino,
eletrocatalisadores, redu{\c{c}}{\~a}o eletroqu{\'{\i}}mica do
CO2, black liquor, sustainable process, tannin, electrocatalysts,
electrochemical reduction of CO2.",
abstract = "Este estudo tem como objetivo principal desenvolver materiais
comp{\'o}sitos porosos por meio de rotas altamente
sustent{\'a}veis, diferenciadas e inovadoras, versando sobre a
reutiliza{\c{c}}{\~a}o integral de um res{\'{\i}}duo
t{\'o}xico, o licor negro kraft. Estes materiais constituem-se de
matrizes carbonosas oriundas de res{\'{\i}}duos e fontes
renov{\'a}veis, e ainda aborda a utiliza{\c{c}}{\~a}o de metais
de baixo custo adicionados {\`a} matriz por processos simples que
tamb{\'e}m possuem baixo custo. S{\~a}o explorados e
demonstrados dois diferentes tipos de rotas que propiciem a
forma{\c{c}}{\~a}o de materiais comp{\'o}sitos verdes, de alto
valor agregado, com a diminui{\c{c}}{\~a}o de reagentes
sint{\'e}ticos no processo. Os materiais produzidos foram
aplicados na redu{\c{c}}{\~a}o eletroqu{\'{\i}}mica de CO2,
uma t{\'e}cnica que est{\'a} sendo amplamente estudada para a
captura e convers{\~a}o de CO2 em produtos de valor agregado,
visando diminuir os impactos do efeito estufa. At{\'e} onde
sabemos, eletrocatalisadores com suporte carbonoso derivado de
licor negro e/ou tanino para a redu{\c{c}}{\~a}o de CO2 ainda
n{\~a}o foram relatados na literatura. O primeiro estudo {\'e}
pioneiro na s{\'{\i}}ntese de uma matriz carbonosa puramente
sustent{\'a}vel, sem a utiliza{\c{c}}{\~a}o de reagentes
sint{\'e}ticos t{\'o}xicos para a rea{\c{c}}{\~a}o de
forma{\c{c}}{\~a}o da matriz de carbono. Neste estudo, materiais
comp{\'o}sitos formados por C e Sn, com diferentes teores de Sn,
foram sintetizados por uma rota altamente inovadora e
sustent{\'a}vel, em que licor negro e tanino foram utilizados
como precursores da matriz carbonosa. Neste processo foram
empregados templates ((poli (metacrilato de metila) (PMMA) e
Pluronic F-127)) para a gera{\c{c}}{\~a}o de {{porosidade;}} o
reagente dimetilformamida para a incorpora{\c{c}}{\~a}o de
estruturas nitrogenadas e cloreto de estanho como precursor de Sn.
Os materiais sintetizados foram caracterizados e a melhor
atividade atingida na rea{\c{c}}{\~a}o de redu{\c{c}}{\~a}o
eletroqu{\'{\i}}mica de CO2 foi da amostra MC-N-Sn-28, que
possui o maior teor de Sn estimado (28 %), um maior recobrimento
de Sn na matriz carbonosa, um maior percentual de mesoporos e
planos cristalinos intensos com maior predomin{\^a}ncia de SnO.
Al{\'e}m disso, foram observadas uma maior
concentra{\c{c}}{\~a}o de grupos N-pirid{\'{\i}}nico e O-Sn
neste material. No segundo estudo, outro tipo de comp{\'o}sito
constitu{\'{\i}}do de suporte carbonoso oriundo do licor negro
kraft e nanopart{\'{\i}}culas de cobre foi produzido a partir do
m{\'e}todo de polimeriza{\c{c}}{\~a}o convencional
resorcinol-ligninaformalde{\'{\i}}do, seguido de uma rota de
deposi{\c{c}}{\~a}o eletroqu{\'{\i}}mica de Cu. A rota de
deposi{\c{c}}{\~a}o eletroqu{\'{\i}}mica apresentada {\'e}
simples, de baixo custo, sem reagentes t{\'o}xicos e pioneira
para adi{\c{c}}{\~a}o de Cu em suporte carbonoso oriundo do
licor negro kraft. Nesta abordagem, um m{\'e}todo de
evapora{\c{c}}{\~a}o do licor negro bruto foi explorado para se
conseguir uma maior {\'a}rea superficial e maior volume de poros.
O comp{\'o}sito C-Cu produzido exibiu atividade
eletrocatal{\'{\i}}tica na ativa{\c{c}}{\~a}o de CO2,
resultante dos s{\'{\i}}tios ativos superficiais de Cu
met{\'a}lico incorporados a matriz carbonosa. Para ambos os
estudos, foi verificado que os processos de s{\'{\i}}ntese
empregados foram satisfat{\'o}rios para a
incorpora{\c{c}}{\~a}o de Sn ou Cu nas matrizes carbonosas.
Al{\'e}m disso, a incorpora{\c{c}}{\~a}o de Sn ou Cu aos
suportes carbonosos foi crucial para aumentar a atividade
catal{\'{\i}}tica nos processos eletroqu{\'{\i}}micos, em
especial na redu{\c{c}}{\~a}o eletroqu{\'{\i}}mica de CO2.
ABSTRACT: This work aims to develop porous composite materials
through highly sustainable, differentiated, and innovative routes,
with the integral use of toxic waste, kraft black liquor. These
materials consist of carbonaceous matrices derived from waste and
renewable sources and address the use of low-cost metals added to
the matrix by simple and low-cost processes. Two different routes
are explored for the formation of green composite materials, with
high added value and reduction of synthetic reagents in the
process. The materials produced were applied in the
electrochemical reduction of CO2, a technique that is being widely
studied for the capture and conversion of CO2 into value-added
products, aiming to reduce the impacts of the greenhouse effect.
To the best of our knowledge, electrocatalysts incorporated to a
carbonaceous support derived from black liquor and/or tannin for
CO2 reduction have not yet been reported in the literature. The
first study is a pioneer in the synthesis of a purely sustainable
carbon matrix, without the use of toxic synthetic reagents for the
carbon matrix formation. In this study, composite materials formed
by C and Sn, with different Sn contents, were synthesized by a
highly innovative and sustainable route, in which black liquor and
tannin were used as precursors of the carbonaceous matrix. In this
process, templates ((poly (methyl methacrylate) (PMMA) and
Pluronic F-127)) were used to generate {{porosity;}} the
dimethylformamide reagent for the incorporation of nitrogenous
structures and tin chloride as a precursor of Sn. The synthesized
materials were characterized, and the best activity achieved in
the electrochemical reduction of the CO2 reaction was from the
MC-N-Sn-28 sample, which presented the highest estimated Sn
content (28 %), a larger Sn coverage, a higher percentage of
mesopores, and intense crystalline planes with a higher
predominance of SnO. In addition, a higher concentration of
N-pyridine and O-Sn groups were observed in this material. In the
second study, a composite consisting of carbonaceous support
derived from kraft black liquor and copper nanoparticles was
produced through the conventional resorcinol-ligninformaldehyde
polymerization method, followed by an electrochemical Cu
deposition route. The deposition route is simple, low cost,
without toxic reagents, and a pioneer for the addition of Cu in
carbonaceous support from kraft black liquor. In this approach, a
crude black liquor evaporation method was explored to achieve a
larger surface area and larger pore volume. The C-Cu composite
exhibited electrocatalytic activity in CO2 activation, resulting
from surface active sites of metallic Cu incorporated into the
carbonaceous matrix. For both studies, it was verified that the
synthesis processes were satisfactory for the incorporation of Sn
or Cu in the carbonaceous matrices. Furthermore, the incorporation
of Sn or Cu into carbonaceous supports was crucial to increase the
catalytic activity in electrochemical processes, especially in the
electrochemical reduction of CO2.",
committee = "Baldan, Maur{\'{\i}}cio Ribeiro (presidente/orientador) and
Matsushima, Jorge Tadao (orientador) and Labat, Gisele Aparecida
Amaral and Fernandes, Val{\'e}ria Cristina and Borges, Claudia
Renata",
englishtitle = "Development of electrocatalysts by sustainable syntheses:
characterization and study of electrochemical performance",
language = "pt",
pages = "124",
ibi = "8JMKD3MGP3W34T/48K55JH",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34T/48K55JH",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "18 abr. 2024"
}