Fotoeletrocatalisadores de Ni/Nb2O5-Grafeno para oxidação de glicerol em meio alcalino

Abstract

As células a combustível representam uma alternativa promissora para a geração de energia limpa e sustentável, sendo o glicerol, subproduto abundante da produção de biodiesel, um combustível atrativo para sua aplicação em sistemas de eletro-oxidação em meio alcalino. A reação de eletro-oxidação do glicerol (GEOR) desponta como alternativa termodinamicamente mais favorável à reação de desprendimento de oxigênio em eletrolisadores, permitindo a coprodução de hidrogênio e de subprodutos orgânicos de maior valor agregado. Nesse contexto, catalisadores de níquel apresentam-se como opção de baixo custo e boa estabilidade em meio alcalino frente aos metais nobres tradicionalmente empregados. Este trabalho teve como objetivo sintetizar catalisadores de níquel suportados em pentóxido de nióbio dopado com lantânio e funcionalizado com grafeno (Ni/Nb2O5-Gr), avaliando sua estrutura, propriedades ópticas e desempenho fotoeletrocatalítico frente à oxidação do glicerol. O suporte foi preparado por método hidrotérmico e os catalisadores, pelo método poliol modificado. A caracterização por difração de raios X indicou que o material se manteve predominantemente amorfo, com picos compatíveis com a fase pseudo-hexagonal do Nb2O5, evidenciando que a dopagem com lantânio reduziu a cristalinidade do suporte. A espectroscopia de refletância difusa mostrou um alargamento do band gap do material dopado (3,79 eV) em relação ao Nb2O5 puro (3,59 eV), atribuído à maior desordem estrutural, enquanto a análise por XPS confirmou a presença de lantânio na superfície do suporte. Os estudos eletroquímicos evidenciaram o par redox Ni2+/Ni3+ característico do material, com aumento expressivo da área eletroquimicamente ativa (ECSA) no catalisador funcionalizado com grafeno (0,40 cm2) em comparação ao material sem grafeno (0,08 cm2). Os ensaios de voltametria cíclica na presença de glicerol revelaram um ganho significativo na densidade de corrente sob iluminação, atribuído à geração de pares elétron-lacuna no Nb2O5 dopado, que favorecem a regeneração do mediador NiOOH. Os ensaios de cronoamperometria confirmaram a estabilidade operacional dos catalisadores ao longo do tempo, sem sinais de desativação, reforçando o potencial do material desenvolvido para aplicações em sistemas fotoeletrocatalíticos de valorização do glicerol.