Fechar

@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"
}


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