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Síntese e caracterização de óxidos de manganês puros e dopados com cátions metálicos utilizados como materiais aplicados em dispositivos eletroquímicos de conversão de energia

Bôas, Naiza Vilas

Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP; Universidade de São Paulo; Instituto de Química de São Carlos 2017-11-10

Acesso online. A biblioteca também possui exemplares impressos.

  • Título:
    Síntese e caracterização de óxidos de manganês puros e dopados com cátions metálicos utilizados como materiais aplicados em dispositivos eletroquímicos de conversão de energia
  • Autor: Bôas, Naiza Vilas
  • Orientador: Machado, Sergio Antonio Spinola
  • Assuntos: Bateria Zn-Ar; Reação De Redução De Oxigênio; Reação De Desprendimento De Oxigênio; Óxido De Manganês; Eletrocatálise; Dopagem; Manganese Dioxide; Electrocatalysis; Oxygen Evolution Reaction; Oxygen Reduction Reaction; Doping; Zn-Ar Battery
  • Notas: Tese (Doutorado)
  • Notas Locais: Edição revisada - original em acervo restrito
  • Descrição: O dióxido de manganês (MnO2) é um catalisador eficiente de baixo custo utilizado no cátodo de baterias do tipo metal-ar e células a combustível alcalinas, sendo capaz de promover a redução completa de oxigênio pela rota 4e-. No entanto, o dióxido de manganês é um semicondutor e só pode ser utilizado como material eletródico nos dispositivos mencionados se combinado com algum suporte condutor. O suporte condutor mais utilizado para este fim é o carbono em pó. Entretanto, este material não possui estabilidade suficiente nas condições operacionais das células alcalinas, sendo convertido gradativamente em CO2. Uma das possíveis estratégias para tentar minimizar esta deficiência é incrementar a condutividade eletrônica do óxido puro pela dopagem com alguns cátions metálicos. Sendo assim, este trabalho tem como objetivo geral pesquisar de maneira sistemática o efeito da dopagem de dióxido de manganês com alguns cátions metálicos, como o Bi3+e Ce4+ nas propriedades físico-químicas e eletrocatalíticas deste óxido, visando o uso dos mesmos como em cátodos de baterias recarregáveis do tipo Zn-ar. As análises das características morfológicas dos catalisadores por meio de MEV e TEM mostram que os óxidos de manganês são gerados na forma de nano-bastões de 50 a 100 nm de comprimento. Os óxidos puros e dopados com bismuto e cério apresentam estruturas tetragonais típicas, ocorrendo expansão da célula unitária dos óxidos dopados pela troca de íons manganês pelos correspondentes dopantes na rede cristalina de MnO2. Os resultados eletroquímicos sugerem um aumento de condutividade do óxido dopado que possibilita seu uso sem mistura com carbono. Além disso, observa-se que a RRO é catalisada por um mecanismo que envolve a transferência de 4e- nestes materiais com participação de peróxido como intermediário. O óxido de manganês dopado com Bi apresentou promissor desempenho catalítico para a RDO, o que junto com os demais resultados apresentados para a RRO o qualificou a funcionar como o catalisador bifuncional mais promissor de todos os estudados em baterias do tipo metal-ar. Experimentos realizados em mini baterias do tipo Zn-ar demonstraram a total capacidade do catalisador dopado com bismuto operar como catalisador do eletrodo de ar, resultando num desempenho superior ao de um catalisador convencional de MnO2/C.
  • DOI: 10.11606/T.75.2018.tde-25012018-164925
  • Editor: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP; Universidade de São Paulo; Instituto de Química de São Carlos
  • Data de criação/publicação: 2017-11-10
  • Formato: Adobe PDF
  • Idioma: Português
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