O uso do peróxido de hidrogênio eletrogerado in situ em Processos Oxidativos Avançados (POAs) é um promissor método para o tratamento de efluentes orgânicos. Neste contexto, o desenvolvimento de materiais mais eficientes para viabilizar a reação de redução do oxigênio (RRO) pelo mecanismo envolvendo a transferência de dois elétrons ainda é de grande importância. O presente estudo objetiva a obtenção e a avaliação da atividade catalítica de nanopartículas de óxidos metálicos, Ta2O5, MoO3, Nb2O5 ou ZrO2, incorporadas em carbono Printex 6L e em grafeno no estudo da redução do oxigênio visando a eletrogeração de peróxido de hidrogênio. A caracterização morfológica e microestrutural desses materiais foi investigada por difração de raios X, microscopia eletrônica de transmissão e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X. O mecanismo da RRO foi analisado pela técnica do eletrodo de disco-anel rotatório. O carbono Printex 6L apresentou uma eficiência de corrente para a eletrogeração de H2O2 (I(H2O2)%) igual a 65,3% em K2SO4 0,1 mol L-1 (pH =2). Após o tratamento térmico desse substrato pelo método dos precursores poliméricos, a eficiência de corrente aumentou 17,1%, ou seja, I(H2O2)% igual a 76,5%. A modificação do carbono Printex 6L com nanopartículas cristalinas de Ta2O5, MoO3, Nb2O5 ou ZrO2 deslocou o potencial de meia-onda para a RRO para valores menos negativos e aumentou a I(H2O2)%. O Nb2O5/C apresentou a maior I(H2O2)%, 87,1%, enquanto o ZrO2/C deslocou o potencial em 137 mV. O estudo comparativo entre três substratos de carbono para a redução do oxigênio, revelou que o óxido de grafeno reduzido apresentou maior atividade para a RRO comparado ao óxido de grafeno e ao carbono Printex 6L, tanto em eletrólito ácido quanto em eletrólito alcalino. A modificação do rGO com Nb2O5 ou ZrO2 pelo método hidrotermal aumentou a atividade catalítica desse substrato para a RRO. A maior eletrogeração de H2O2 foi observada na presença do ZrO2. De fato, um aumento de 73,7% para 88,5% em K2SO4 0,1 mol L-1 (pH =2), e de 72,9% para 83,1% em NaOH 0,1 mol L-1, foi observado em rGO e ZrO2-rGO, respectivamente. Além disso, o ZrO2-rGO apresentou menor sobrepotencial para a RRO comparado ao rGO sem modificador. Portanto, a presença das nanopartículas de óxidos metálicos na matriz condutora de carbono amorfo intensificou a atividade catalítica para a eletrogeração do H2O2, tanto em carbono Printex 6L quanto em óxido de grafeno reduzido, indicando o efeito sinérgico entre as nanopartículas e o subtrato de carbono. Consequentemente, os catalisadores avaliados neste trabalho são promissores para a eletrogeração de espécies oxidantes in situ e sua aplicaçao em POAs. / In situ electrogeneration of hydrogen peroxide has been greatly application in Advanced Oxidation Processes (AOPs) as an effective water treatment technology. In this context, the development of electrode materials that enable the oxygen reduction reaction (ORR) mechanism through a two-electron pathway with high selectivity at low overpotential has a pronounced importance. In the present study, we investigate the properties of Ta2O5, MoO3, Nb2O5 or ZrO2 nanoparticles supported on Printex 6L carbon and reduced graphene oxide for the electrocatalysis of oxygen reduction to H2O2. The structures and morphologies of these materials were characterized by X-ray diffraction analysis, transmission electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. Electrochemical activities toward the ORR were evaluated using a rotating ring-disk electrode system. Printex 6L carbon showed a current efficiency for H2O2 production (I(H2O2)%) of 65.3% in K2SO4 0.1 mol L-1 (pH =2) whereas the carbon heat-treated by the polymeric precursor method displayed 76.5% yield of H2O2 electrogeneration. Carbon Printex 6L modified with Ta2O5, MoO3, Nb2O5 or ZrO2 nanoparticles shifted the half-wave potential for the ORR to less negative potential and increased the I(H2O2)%. The Nb2O5/C showed the highest I(H2O2)%, 87,1%, and the ZrO2/C shifted the potential 137 mV. The comparative study of ORR in acid and alkaline media for the three different conductive carbon pigment showed that the reduced graphene oxide displayed higher activity to oxygen reduction than graphene oxide and Printex 6L carbon. Reduced graphene oxide modified with Nb2O5 or ZrO2 nanoparticles by hydrothermal method increased the catalytic activity of this substrate for ORR which the highest H2O2 electrogeneration was observed for ZrO2-rGO. Indeed, an increase from 73.7% to 88.5% in K2SO4 0.1 mol L-1 (pH =2) and from 72.9% to 83.1% in NaOH 0.1 mol L-1 was obtained for rGO and ZrO2-rGO, respectively. Additionally, the ZrO2-rGO electrocatalyst exhibited overpotential lower than that of rGO unmodified. Therefore, the metallic oxides nanoparticles in both carbon Printex 6L and reduced graphene oxide enhanced the catalytic activity for H2O2 electrogeneration indicating the synergistic effect between the nanoparticles and the amorphous carbon. The catalysts evaluated in this study are promising for in situ electrogeneration of oxidizing agents to be used in the degradation of organic pollutants.

No presente trabalho a deposição eletroquímica de filmes de óxidos de molibdênio na superfície do eletrodo de carbono vítreo, sob diferentes condições experimentais, foi investigada. Maiores concentrações de Mo(VI) na solução resultaram em filmes mais espessos, com a extensão da deposição sendo dependente do pH do meio. A utilização de eletrodos modificados por estes filmes no estudo do processo de redução eletrocatalítica do iodato resultou em voltamogramas com comportamentos eletroquímicos diferentes, sugerindo a formação de filmes com composição variada. A composição destes filmes foi investigada por retroespalhamento Rutherford (RBS), onde diferentes relações entre os átomos de molibdênio e oxigênio foram detectadas. A diminuição da intensidade do sinal voltamétrico de redução do ferricianeto, em função do aumento da espessura do filme depositado na superfície do eletrodo de carbono vítreo, sugeriu que o processo catódico foi dificultado à medida que o filme se tomou mais espesso. Esta observação indicou que o processo ocorre essencialmente na superfície do eletrodo de carbono vítreo, não havendo intermediação por parte do filme. Um sistema vedado foi montado para a obtenção da solução saturada de NO, bem como células eletroquímicas especiais foram construídas para a preparação das soluções. Os voltamogramas da oxidação do NO em eletrodo com superfície polida apresentaram duas ondas, as quais foram atribuídas à formação de nitrito e à oxidação deste ânion a nitrato, respectivamente. O comportamento eletroquímico do NO também foi observado em eletrodos com superfície modificada a partir de diferentes condições de Mo(VI), observandose que o processo de oxidação anódica do NO ocorreu de maneira facilitada ao se trabalhar com O eletrodo modificado a partir de uma solução de Mo(VI) 1mmol L-1 de pH 2,5. / The electrodeposition of molybdenum oxides films onto glassy carbon surfaces in several media was studied. Results showed a dependence of the thickness of the film on the Mo(VI) concentration. They also confirmed the existence of some specific pH conditions where the deposition occurred at higher extension. These modified electrodes have presented different behaviors in the electroreduction of iodate, probably due to the distinct film composition. Rutherford Backscattering Spectrometry analysis of these materiais has shown different ratios between the amount of Mo and O atoms, confirming this assumption. The electroreduction of [Fe(CN6)]-3 at the modified electrode was investigated aiming to evaluate the influence of the film porosity on the voltammetric profile of the electroative species. Data indicated that the cathodic process occurs at the glassy carbon surface by the penetration of [Fe(CN)6]-3 ions through channels in the film. Experiments with nitric oxide (NO) were carried out at a sealed electrochemical cell, which was homemade by using acrylic. The voltammetric signal of NO at a bare platinum electrode consisted of two waves, which were associated to the consecutive formation of nitrite and nitrate. The NO electrochemical behavior was also studied at modified electrodes and a current enhancement was verified by using films produced from solutions containing 1mmolL-1 of the Mo(VI), at pH 2.5.

The development of heterogeneous catalysts, which are efficient and easy recovery, is major technological challenges faced, linked to environmental and economic concerns. In the present work we studied the catalytic SnO2 systems, MoO3 and SnO2/MoO3 in the conversion of fructose, with particular attention to SnO2/MoO3 systems, which were synthesized in various proportions by weight of molybdenum oxide, using the impregnation technique By wet method, aiming to obtain materials with high industrial applicability. The catalysts were characterized using various techniques, including, thermogravimetric analysis (TG/DTA), absorption spectroscopy in the infrared (FTIR) spectroscopy, Raman spectroscopy, diffraction X-ray (XRD), FTIR using pyridine as probe molecule spectroscopy Diffuse ultraviolet-visible reflectance (DRS) and fisistion analysis (BET). In addition to these techniques, the acid sites of the catalysts were measured by the aqueous method using sodium hydroxide and hydrochloric acid as the titrant. The results show that the main factor that influences the conversion of fructose are present the acid sites in the catalysts. This study shows that the molybdenum oxide obtained high fructose conversions at temperatures of 150 ° C and 190 ° C, but this does not reflect the products quantified by HPLC, with a large production of insoluble materials in the reaction medium, which are the main cause fouling of catalysts. On the other hand, tin oxide presented low activity in the conversion of fructose, but high selectivity to Hydroxymethylfurfural (HMF). In this context, the catalyst that provided good conversions and less formation of insoluble materials was SnMo25, being HMF selective. On the other hand, SnMo50 and SnMo75 provided high selectivity to lactic acid, but with the inconvenience of formation of insoluble products in appreciable quantity. The impregnation was an effective strategy for the formation of new sites and reuse leaching test and showed promising results. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O desenvolvimento de catalisadores heterogêneos, que sejam eficientes e de fácil recuperação, é um dos principais desafios tecnológicos enfrentados atualmente, atrelado às preocupações ambientais e econômicas. Assim, no presente trabalho foram estudados os sistemas catalíticos SnO2, MoO3 e SnO2/MoO3 na conversão da frutose, com especial atenção ao sistema SnO2/MoO3, os quais foram sintetizados em diversas proporções em massa de óxido de molibdênio, utilizando a técnica de impregnação por via úmida, visando obter materiais com alta aplicabilidade industrial. Os catalisadores foram caracterizados utilizando várias técnicas, nomeadamente, análise termogravimétrica (TG/DTA), espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR), espectroscopia Raman, difração de raio-x (DRX), FTIR utilizando a piridina como molécula sonda, espectroscopia de refletância difusa no ultravioleta-visível (DRS) e análises de fisissorção (BET). Além dessas técnicas, os sítios dos catalisadores foram medidos pelo método aquoso utilizando hidróxido de sódio e ácido clorídrico como agente de titulação. Os resultados mostram que o principal fator que influência a conversão da frutose são os sítios ácidos presentes nos catalisadores. Com esse estudo pode-se constatar que o óxido de molibdênio obteve altas conversões de frutose nas temperaturas de 150 °C e 190 °C, porém isso não reflete os produtos quantificados por HPLC, havendo grande produção de materiais insolúveis, que são a principal causa de incrustação dos catalisadores. Por outro lado, o óxido de estanho apresentou baixa atividade na conversão da frutose, porém alta seletividade a Hidroximetilfurfural (HMF). Nesse contexto, o catalisador que proporcionou boas conversões e menor formação de materiais insolúveis foi o SnMo25, sendo seletivo a HMF. Por outro lado, o SnMo50 e SnMo75 proporcionaram altas seletividade a ácidos orgânicos, porém com o inconveniente da formação de produtos insolúveis em quantidade apreciável. A impregnação foi uma estratégia eficiente, para a formação de novos sítios e os testes de reuso e lixiviação exibiram resultados promissores.

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