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Abstract:
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O presente trabalho teve como objetivo a síntese, caracterização e avaliação fotoeletroquímica de catalisadores à base de níquel suportados em óxido de nióbio e grafeno, na reação de eletro-oxidação do glicerol assistida por luz. O glicerol, subproduto da produção de biodiesel, apresenta-se como combustível estratégico em células a combustível por ser renovável e por suas propriedades físico-químicas favoráveis, baixa toxicidade e elevado potencial energético. Contudo, sua eletro-oxidação é limitada pela complexidade estrutural e pela necessidade de clivagem de ligações C-C, exigindo o desenvolvimento de catalisadores eficientes e de custo acessível. Nesse contexto, o níquel se destaca como alternativa de baixo custo e elevada estabilidade em meio alcalino. Para aprimorar o desempenho do Ni, utilizou-se suportes catalíticos de Nb2O5-Grafeno, onde o grafeno foi utilizado para aumentar a área superficial e a transferência eletrônica, enquanto o Nb2O5 foi empregado como semicondutor fotossensível, apto a gerar pares elétron-buraco sob irradiação luminosa, contribuindo para a oxidação do combustível. Para o preparo dos materiais, a deposição de Nb2O5 sobre o grafeno foi realizada por sonicação, enquanto o método poliol modificado foi empregado para a síntese dos nanocompósitos à base de níquel. As técnicas de caracterização utilizadas confirmaram a incorporação de Ni (3-4% em massa) nos suportes, a ancoragem de Nb2O5 sobre as folhas de grafeno e a formação de Ni(OH)2. Verificou-se que a híbrido Nb2O5-Gr, reduziu sua energia de band gap do Nb2O5 (3,56 eV para 2,17 eV), ampliando sua absorção de luz para próximo da região visível e, consequentemente seu potencial de aplicação em processos fotoeletrocatalíticos. Os estudos eletroquímicos, realizados por voltametria cíclica e cronoamperometria na presença e ausência de radiação UV (365 nm), mostraram que o material Ni/Gr apresentou elevada atividade eletrocatalítica na oxidação do glicerol. O Ni/Nb2O5-Gr destacou-se pela resposta fotoassistida, apresentando incremento significativo de corrente sob incidência luminosa. A estabilidade dos catalisadores foi avaliada em até 2000 ciclos de voltametria e em ensaios de 2 h de cronoamperometria, revelando comportamento estável, embora com sinais de envenenamento superficial por intermediários da reação do glicerol. A avaliação da resposta dos catalisadores frente a glicerol bruto foi relevante no estudo de uma matriz mais próxima às condições industriais. Observou-se que ambos os catalisadores foram capazes de oxidar o combustível mesmo na presença de impurezas. Os resultados obtidos apontam que esses catalisadores, em especial o Ni/Nb2O5-Gr, no qual a presença do Nb2O5 aumentou a eficiência fotoeletrocatalítica, apresentam potencial para aplicação em células a combustível de glicerol direto assistidas por luz. |
