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Dissertação

Composites of transition metal-polyoxometalates with reduced graphene oxide as efficient bifunctional electrocatalysts for metal-air batteries EVALUATED

Detalhes: Esta tese analisa o uso de polioxometalatos (POM) como alternativas aos electrocatalisadores à base de metais nobres, considerando a contribuição da sua utilização para enfrentar os atuais desafios dos sistemas energéticos modernos para sistemas sustentáveis. Por serem iões poliatómicos com estruturas tridimensionais fechadas, com muitos sítios activos redox, os POM têm uma estrutura especialmente interessante que os permite agir como poderosos electrocatalisadores para a conversão e armazenamento de energia por via electroquímica. São mais baratos e fáceis de obter em grande escala que os metais nobres actualmente utilizados como electrocatalisadores na indústria. Após uma revisão da utilização de POMs em baterias, supercapacitores, células de combustível, e electrolisadores, foram realizados estudos fundamentais para cinco POMs à base de metais de transição contendo manganês, ferro, cobalto, níquel e cobre, todos coordenados com oxido de grafeno reduzido (rGO) para verificar a sua viabilidade como catalisadores da reacção de evolução do oxigénio (OER), reacção de redução do oxigénio (ORR), e reacção de evolução do hidrogénio (HER). Para a OER, o melhor material foi o Ni-POM/rGO, para ORR foi o Co-POM/rGO, e todos mostraram ausência de actividade para a catálise da HER. Várias razões Ni-POM:rGO foram testadas de forma a descernir a melhor composição, e a razão 1:5 Ni-POM:rGO foi a que maior atividade mostrou para a OER. Finalmente, foram construídas baterias metal-ar para optimizar a energia específica do sistema, testando novamente cada POM para identificar o mais activo. Para as baterias, a melhor configuração utilizou 4M KOH como electrólito e Co-POM/rGO como catalisador.
Keywords: Polioxometalatos, Metais de Transição, Óxido de Grafeno reduzido, Baterias metal-ar, Reação de produção de Oxigénio, Reação de redução do Oxigénio

Discussão: novembro 25, 2022, 11:0