Aplicação de materiais carbonosos dopados com nitrogênios como candidatos para as reações eletroquímicas de desprendimento de hidrogênio e redução de oxigênio

Abstract

A dependência energética mundial de combustíveis fósseis como o petróleo, o carvão e o gás natural suscitou preocupações devido aos recursos limitados e aos danos ambientais. Para resolver esta questão, os líderes globais assinaram uma agenda sustentável da ONU em 2015, enfatizando 17 objetivos de desenvolvimento, incluindo o Objetivo 7, que visa fornecer fontes de energia renováveis sustentáveis e acessíveis até 2030. Neste sentido, destacam-se dois atores fundamentais, o hidrogênio, como vetor energético e as células a combustível como fontes de aproveitamento do hidrogênio para produção de energia limpa.Esse trabalho de conclusão de curso tem como foco os processos de redução que ocorrem nos eletrolisadores, para obter hidrogênio, e nas células a combustível, para produzir eletricidade. Em geral, ambos requerem do uso de metais do grupo da platina (Pt, Pd, Ir, Ru, Rh), caros e escassos, de forma que é necessário buscar materiais alternativos mais baratos e abundantes. Neste sentido, este trabalho propõe o uso de materiais carbonosos com diferentes modificações advindas de tratamentos químicos e térmicos, como sua ativação com ácido nítrico, sua grafitização por tratamento em alta temperatura em atmosfera inerte e sua dopagem com nitrogênio mediante aminação a alta temperatura em atmosfera de amônia. Os resultados apresentados mostram que o material original ou apenas com a ativação ácido se destaca frente aos materiais tratados em altas temperaturas ou dopados com nitrogênio para o desprendimento de hidrogênio nos eletrolisadores. Já para a redução de oxigênio, os materiais dopados com N se destacam frente ao resto. Estes resultados abrem as portas para a aplicação destes materiais como potenciais alternativas frente ao uso dos materiais metálicos.