Desenvolvimento de filmes catalisadores a base de óxidos de Fe e Ni para futuras aplicações como fotoânodos no processo de oxidação da água do mar

Abstract

Neste trabalho, filmes de óxidos de níquel-ferro (NiFeOx) foram desenvolvidos como fotoeletrocatalisadores de baixo custo, visando sua aplicação como fotoânodos na oxidação da água do mar para a produção de hidrogênio verde. A pesquisa fundamenta-se na necessidade de alternativas energéticas limpas frente aos crescentes impactos ambientais associados ao uso de combustíveis fósseis. Embora eletrocatalisadores à base de rutênio, irídio e metais do grupo da platina apresentem elevada eficiência na reação de desprendimento de oxigênio (OER), seu alto custo e baixa disponibilidade motivam a busca por materiais mais abundantes, como níquel e ferro. Foram avaliados parâmetros de síntese dos filmes NiFe por eletrodeposição, incluindo o tipo de substrato, a quantidade de ciclos de voltametria e as condições do meio eletrolítico, como pH, temperatura e a presença de ácido bórico. O melhor desempenho fotoeletroquímico foi obtido utilizando substrato de níquel e 10 ciclos de voltametria, em solução contendo ácido bórico, a 80 ºC e pH 4, resultando em filmes mais homogêneos e com maiores densidades de corrente. Dessa forma, os filmes NiFeOx apresentaram comportamento promissor como fotoânodos para a OER na eletrólise da água do mar.

In this work, nickel-iron oxide (NiFeOx) films were developed as low-cost photoelectrocatalysts, aiming at their application as photoanodes for seawater oxidation toward green hydrogen production. This research is grounded in the need for clean energy alternatives in view of the increasing environmental impacts associated with the use of fossil fuels. Although electrocatalysts based on ruthenium, iridium, and platinum-group metals exhibit high efficiency in the oxygen evolution reaction (OER), their high cost and limited availability motivate the search for more abundant materials, such as nickel and iron. Synthesis parameters of NiFe films obtained by electrodeposition were evaluated, including the substrate type, the number of voltammetric cycles, and the conditions of the electrolytic medium, such as pH, temperature, and the presence of boric acid. The best photoelectrochemical performance was achieved using a nickel substrate and 10 voltammetric cycles in a solution containing boric acid at 80 °C and pH 4, resulting in more homogeneous films with higher current densities. Therefore, NiFeOx films exhibited promising behavior as photoanodes for the OER in seawater electrolysis.