Estudo da eletrooxidação de SO2 sobre eletro-catalisadores baseados em carbono - Sturaro, João Vitor Perucci [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2025)
A produção de hidrogênio verde (H2V) por eletrólise da água é uma estratégia central para a transição energética, porém enfrenta desafios de viabilidade econômica devido à cinética desfavorável da Reação de Desprendimento de Oxigênio (RDO) e ao alto custo dos eletrocatalisadores baseados em metais nobres. Este trabalho investigou uma rota alternativa, substituindo a RDO pela reação de eletrooxidação do dióxido de enxofre (ROSO₂), um poluente atmosférico, utilizando materiais carbonáceos de baixo custo. O objetivo principal foi avaliar o comportamento eletroquímico do óxido de grafeno (GO), óxido de grafeno reduzido (rGO) e do carbono vítreo como catalisadores para a ROSO₂ em meio ácido (H₂SO₄ 0,5 mol L⁻¹). A metodologia empregou técnicas de voltametria cíclica (VC) em diferentes velocidades de varredura (5 a 700 mV s⁻¹) e varredura linear de potencial (LSV) em regime quase-estacionário (0,5 mV s⁻¹). Contrariamente à expectativa inicial, os eletrodos modificados com GO e rGO não apresentaram atividade eletrocatalítica significativa, exibindo majoritariamente comportamento capacitivo. Contudo, o eletrodo de carbono vítreo não modificado demonstrou reatividade relevante, permitindo a proposta do mecanismo reacional. Os voltamogramas cíclicos revelaram, em baixas velocidades de varredura, dois picos anódicos distintos (Pico 1 em ~0,8 V e Pico 2 em ~1,6 V vs. RHE). O desaparecimento do Pico 2 em altas velocidades, ao mesmo tempo do surgimento de um pico catódico (Pico 3), sugerindo um mecanismo do tipo Eletroquímico-Químico-Eletroquímico (EQE). A análise cinética via LSV (gráfico de Tafel) e a dependência do potencial de pico com o logaritmo da velocidade de varredura (tipo-Tafel) confirmaram esta hipótese. O Pico 1 apresentou um coeficiente de Tafel de 130 mV, característico de um processo monoeletrônico irreversível (oxidação de SO₂ a um intermediário A). O Pico 2 e o Pico 3 apresentaram coeficientes de 68 mV e -68 mV, respectivamente, consistentes com um processo bieletrônico. Conclui-se que o Pico 2 corresponde à oxidação de um segundo intermediário (Composto B), formado a partir de uma etapa química do Composto A, e o Pico 3 corresponde à redução reversa deste mesmo Composto B.

Green hydrogen (H2V) production by water electrolysis is a central strategy for the energy transition, however, it faces challenges of economic viability due to the unfavorable kinetics of the Oxygen Evolution Reaction (OER) and the high cost of electrocatalysts based on noble metals. This work investigated an alternative route, replacing the OER with the sulfur dioxide electrooxidation reaction (SO2ER), an atmospheric pollutant, using low-cost carbonaceous materials. The main objective was to evaluate the electrochemical behavior of graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (rGO), and glassy carbon as catalysts for the SO2ER in acidic medium (0.5 mol L⁻¹ H₂SO₄). The methodology employed cyclic voltammetry (CV) techniques at different scan rates (5 to 700 mV s⁻¹) and linear sweep voltammetry (LSV) in a quasi steady-state regime (0.5 mV s⁻¹). Contrary to initial expectations, the GO- and rGO modified electrodes did not show significant electrocatalytic activity, exhibiting mainly capacitive behavior. However, the unmodified glassy carbon electrode demonstrated relevant reactivity, allowing the proposal of the reaction mechanism. The cyclic voltammograms revealed, at low scan rates, two distinct anodic peaks (Peak 1 at ~0.8 V and Peak 2 at ~1.6 V vs. RHE). The disappearance of Peak 2 at high scan rates, at the same time as the emergence of a cathodic peak (Peak 3), suggested an Electrochemical-Chemical-Electrochemical (ECE) type mechanism. The kinetic analysis via LSV (Tafel plot) and the dependence of peak potential on the logarithm of the scan rate (Tafel-like plot) confirmed this hypothesis. Peak 1 presented a Tafel slope of 130 mV, characteristic of an irreversible single-electron process (oxidation of SO₂ to an intermediate A). Peak 2 and Peak 3 presented slopes of 68 mV and -68 mV, respectively, consistent with a two-electron process. It is concluded that Peak 2 corresponds to the oxidation of a second intermediate (Compound B), formed from a chemical step of Compound A, and Peak 3 corresponds to the reverse reduction of this same Compound B.
Study of SO2 electrooxidation on carbon-based electrocatalysts
Keywords: Eletrocatálise; Energia limpa; Poluentes