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[en] NANOSTRUCTURE MATERIALS CONTROLLED SYNTHESIS FOR ENERGY CONVERSION APPLICATIONS / [pt] SINTESE CONTROLADA DE MATERIAIS NANOESTRUTURADOS PARA APLICAÇÕES NA CONVERSÃO DE ENERGIA

SCARLLETT LALESCA SANTOS DE LIMA 09 September 2024 (has links)
[pt] Diante da crise energética mundial a busca por tecnologias eficientes como substitutas aos combustíveis fósseis é cada vez mais incessante. Partindo dessa premissa, este presente trabalho aborda a síntese controlada de dois nanomateriais que foram utilizados como catalisadores para aplicações na conversão de energia. Deste modo, o primeiro trabalho descreve a síntese de nanoflores de Pd em uma única etapa de reação reduzindo o Íon Tetracloropaladato com hidroquinona. Simplesmente controlando a temperatura de reação, foi possível obter nanoflores monodispersas de Pd com formas e tamanhos bem definidos. Com base na morfologia do produto detectado, na cristalinidade e em vários experimentos de controle, foi estabelecido um novo mecanismo não clássico baseado nas teorias LaMer e DLVO. Neste procedimento, o controle da temperatura permitiu ajustar a força iônica da solução (controle da fração de íons Tetracloropaladato e K+ presentes na solução), o que afetou as etapas de fixação e agregação, levando as nanoflores de Pd com tamanhos e morfologias controlados. Quando esses nanomateriais foram empregados como nanocatalisadores para eletrooxidação de etanol, as nanoflores de Pd de 12 nm foram o melhor catalisador em termos de atividade e potencial. No segundo trabalho, foram empregados nanofios de MnO2 decorados com nanopartículas de Ir(1, 2 por cento em peso) com 1,8 ± 0,7 nm para a reação de redução do oxigênio (RRO). Foi observado que o nanohíbrido MnO2—Ir apresentou alta atividade catalítica e estabilidade melhorada para RRO em relação a Pt/C comercial (20 por cento em peso de Pt). O desempenho superior proporcionado pelo nanohíbrido MnO2—Ir pode estar relacionado (i) à concentração significativa de espécies reduzidas de Mn3+, levando ao aumento da concentração de vacâncias de oxigênio em sua superfície; (ii) a presença de fortes interações metal-suporte, nas quais o efeito eletrônico entre MnOx e Ir pode potencializar o processo RRO; e (iii) a estrutura única composta por tamanhos ultrapequenos de Ir na superfície do nanofio que permitem a exposição de superfícies/facetas de alta energia, altas relações superfície-volume e sua dispersão uniforme. / [en] Faced with the global energy crisis, the search for efficient technologies as substitutes for fossil fuels is increasingly incessant. Based on this premise, this present work addresses the controlled synthesis of two nanomaterials that were used as catalysts for energy conversion applications. Thus, the first work describes the synthesis of Pd nanoflowers in a single reaction step by reducing Tetrachloropalladate ion with hydroquinone. By simply controlling the reaction temperature, it was possible to obtain monodisperse Pd nanoflowers with well-defined shapes and sizes. Based on the detected product morphology, crystallinity and several control experiments, a new non-classical mechanism based on LaMer and DLVO theories was established. In this procedure, temperature control allowed adjusting the ionic strength of the solution (control of the fraction of Tetrachloropalladate ion and K+ ions present in the solution), which affected the fixation and aggregation steps, leading to to Pd nanoflowers with controlled control. sizes and morphologies. When these nanomaterials were employed as nanocatalysts for ethanol electrooxidation, 12 nm Pd nanoflowers were the best catalyst in terms of activity and peak potential. In the second work, MnO2 nanowires decorated with Ir nanoparticles (1.2 percent by weight) measuring 1.8 ± 0.7 nm were used for the oxygen reduction reaction (ORR). It was observed that the MnO2—Ir nanohybrid showed high catalytic activity and improved stability for ORR compared to commercial Pt/C (20 percent by weight of Pt). The superior performance provided by the MnO2—Ir nanohybrid may be related to (i) the significant concentration of reduced Mn3+ species, leading to an increase in the concentration of oxygen vacancies on its surface; (ii) the presence of strong metal-support interactions, in which the electronic effect between MnOx and Ir can enhance the ORR process; and (iii) the unique structure composed of ultrasmall sizes of Ir on the nanowire surface that enable the exposure of high-energy surfaces/facets, high surface-to-volume ratios, and their uniform dispersion.

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