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???metadata.dc.type???: Dissertação
Title: Eletrocatalisadores de grafeno dopado com nitrogênio por tratamento térmico aplicados à reação de redução de oxigênio: uma investigação eletroquímica e quimiométrica
Other Titles: Nitrogen-doped graphene electrocatalysts by thermal treatment applied to the oxygen reduction reaction: an electrochemical and chemometric investigation
???metadata.dc.creator???: Lima, Raquel Alves Corrêa 
???metadata.dc.contributor.advisor1???: Passos, Raimundo Ribeiro
???metadata.dc.contributor.referee1???: Tanaka, Auro Atsushi
???metadata.dc.contributor.referee2???: Farias, Marco Antonio dos Santos
???metadata.dc.description.resumo???: O grafeno dopado com nitrogênio (N-grafeno) tem sido foco de intensa investigação como eletrocatalisador na Reação de Redução de Oxigênio (RRO) para aplicação final no cátodo de células a combustível de membrana de eletrólito polimérico supridas com oxigênio e hidrogênio. A dopagem pode ser realizada por meio de tratamento térmico, um método simples e facilmente adaptável à escala industrial, no entanto, as condições empregadas podem afetar a atividade eletrocatalítica do N-grafeno. Neste trabalho, um planejamento composto central foi adotado para avaliar o efeito da temperatura do tratamento térmico (variada de 660 °C a 940 °C) e da proporção em massa dos precursores grafeno e ureia (respectivamente, variada de 1:3 a 1:17), sobre o número de transferência eletrônica (n) da RRO eletrocatalisada em meio básico pelo N-grafeno preparado, e para determinar os níveis dos fatores nos quais essa resposta é maximizada. Não houve efeito de interação entre os fatores e apenas a temperatura exerceu um efeito estatisticamente significativo, e também positivo, sobre o n da RRO. A condição ótima de dopagem foi a 940 °C, em qualquer uma das proporções estudadas. Com o N-grafeno preparado nessa temperatura, a RRO exibiu n = 4, potencial de início de 0,798 V vs ERH, potencial de meia-onda de 0,689 V vs ERH, densidade de corrente cinética de -4,01 mA mg-1 e coeficiente angular de Tafel de 75,53 mV déc-1. A melhoria na resposta eletrocatalítica pode estar associada a um maior teor de N-pirrólico, o qual é favorecido com o aumento da temperatura de dopagem. Essa investigação representa um passo importante na adoção da experimentação multivariada para a exploração de eletrocatalisadores não metálicos para o cátodo de células a combustível.
Abstract: Nitrogen-doped graphene (N-graphene) has been extensively investigated as an electrocatalyst in the Oxygen Reduction Reaction (ORR) for application in the cathode of oxygen and hydrogen supplied polymer electrolyte membrane fuel cells. Doping can be achieved by thermal treatment, a simple and easily scalable method, however, the conditions employed may affect N-graphene’s electrocatalytic activity. In this work, a central composite design was adopted to evaluate the effect of thermal treatment temperature (varied from 660 °C to 940 °C) and of the mass ratio of graphene and urea precursors (respectively varied from 1:3 to 1:17), on the electron transfer number (n) of the ORR electrocatalyzed in alkaline medium by the prepared N-graphene, and to determine the factor levels in which this response is maximized. There was no interaction effect between the factors, and only the temperature had a positive and statistically significant effect on ORR’s n value. The optimal doping condition was at 940 °C, in any of the studied mass ratios. With N-graphene prepared at this temperature, ORR exhibited n = 4, an onset potential of 0.798 V vs RHE, a half-wave potential of 0.689 V vs RHE, a kinetic current density of -4.01 mA mg-1 and a Tafel slope of 75.53 mV dec-1. This investigation represents an important step in the adoption of multivariate experimentation for the exploration of metal-free electrocatalysts for fuel cell cathodes.
Keywords: Energia elétrica de baixo impacto ambiental
Atividade eletrocatalítica
N-grafeno
N-pirrólico
Eletrocatalisadores não metálicos
???metadata.dc.subject.cnpq???: CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
???metadata.dc.subject.user???: Reação de redução de oxigênio
Grafeno dopado com nitrogênio
Planejamento experimental
Tratamento térmico
Language: por
???metadata.dc.publisher.country???: Brasil
Publisher: Universidade Federal do Amazonas
???metadata.dc.publisher.initials???: UFAM
???metadata.dc.publisher.department???: Instituto de Ciências Exatas
???metadata.dc.publisher.program???: Programa de Pós-graduação em Química
Citation: LIMA, Raquel Alves Corrêa. Eletrocatalisadores de grafeno dopado com nitrogênio por tratamento térmico aplicados à reação de redução de oxigênio: uma investigação eletroquímica e quimiométrica. 2021. 118 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus, 2021.
???metadata.dc.rights???: Acesso Aberto
???metadata.dc.rights.uri???: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/8521
Issue Date: 28-May-2021
Appears in Collections:Mestrado em Química

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