Electrodeposition of Ni-Co oxides by direct and pulsed current: production, characterization and electrocatalytic evaluation

Autor: Cardim, Julyana Ribeiro Garcia
Přispěvatelé: Senna, Lilian Ferreira de, Lago, Dalva Cristina Baptista do, Cesar, Deborah Vargas, Gois, Jefferson Santos, Reis, Rodrigo Azevedo dos, Sousa, Ana Maria Furtado de, Carvalho, Ladimir José de, Rabelo Neto, Raimundo Crisóstomo
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2017
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
instacron:UERJ
Popis: Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:26:16Z No. of bitstreams: 1 Julyana Ribeiro Garcia Cardim pre.pdf: 181623 bytes, checksum: afa62a29b217b4f8cb36c4003e8c9d34 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:26:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Julyana Ribeiro Garcia Cardim pre.pdf: 181623 bytes, checksum: afa62a29b217b4f8cb36c4003e8c9d34 (MD5) Previous issue date: 2017-12-14 Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro The depletion of fossil fuel reserves and the concerns about climate change and global warming have made sustainable clean energydemandsessential. The O2 detachment reactions are interesting in this aspect, because they involve many conversion processes and energy storage. The Ni insertion into the Co3O4structure leads to the formation of a mixed oxide,the nickel cobaltite (NiCo2O4), which presents electrocatalytic activity for the O2 evolution reaction (OER) superior than those of Ni or Co monometallic oxides. In this thesis, Ni-Comixed oxides filmswere produced on carbon steel substrate using electrochemical techniques, such as linear voltammetry and/or chronopotentiometry, by direct (DC) and pulsed (PC) current. Solutions contained Ni(II) and Co(II) ions in 1:2 molar ratio, in the presence of sodium citrate as the ligand, at different pH values (5.0, 7.5 and 10.5). The produced films were characterized morphological, microstructural and electrocatalytically. It was observed that the films produced using DC showed distinct morphologies for each experimental condition and solution used. The chemical and microstructural analyses performed in acid medium (pH = 5.0) and using potential sweep procedures have not indicated the presence of Ni or Co in their composition. However, when chronopotentiometry was used, the produced coating contained mostly Co and or cobalt oxides. At pH 7.5, under the conditions of potential sweep, the weight ratio of Ni:Co was nearly to 1:2. On the other hand, films with a higher Co content were formed when other experimental conditions were used,which may be related to the presence of cobalt oxyhydroxide phase (CoOOH) in these coatings. Polarization curves for the Ni-Co oxide films, they didn t present a potential defined as oxygen depletion reactions (OER).However, these Ni-Co oxide films have not shown feasibility to accelerate the OER process. Studies at pH more alkaline (10.5) showed filmswith homogeneous morphology and small grains. The microstructural results indicated the formation of the mixed Co-Ni oxide in the ratio of 1: 2 for all tested production conditions. All the films produced using the more alkaline pH solution (10.5) presented homogeneous morphology with small grains. Microstructural evaluations indicated the formation of mixed Ni-Co oxide in a 1:2 ratio for all tested production conditions. In turn, the coatings obtained by PC presented even lower grains than those produced by DC, using the solution at pH 10.5. However, the microstructural analysis confirmed that only a few conditions produced Ni-Co oxides. The electrocatalytic evaluations of the Ni-Co oxide films produced by DC,in solution at pH 10.5, and by PC, in solution at pH 7.5, indicated that the films produced are suitable to be used as OER electrocatalysts, although they are not suitable to act as capacitors A diminuição das reservas de combustíveis fósseis e as preocupações relativas às alterações climáticas e ao aquecimento global, tornaram essenciais as demandas por energia limpa sustentável. As reações de desprendimento de O2são interessantes nesse aspecto, por envolver inúmeros processos de conversão e armazenamento de energia. A inserção de Ni à estrutura do Co3O4, leva à formação de um óxido misto, a cobaltita de níquel (NiCo2O4), o qual apresenta atividade eletrocatalítica para reação de evolução de O2(OER) superior aos óxidos monometálicos de Ni ou Co. Nesta tese, foram produzidos óxidos misto de Ni-Cosobre substrato de aço carbono empregando técnicas eletroquímicas, tais como voltametria lineare/ou cronopotenciometria, a partir de corrente contínua (DC) e corrente pulsada (PC). Foram utilizadas soluções contendo íons Ni(II) e Co(II), na proporção molar 1:2, em presença de citrato de sódio como ligante, em diferentes valores de pH (5,0; 7,5 e 10,5). Os filmes produzidos foram caracterizados morfológica, microestrutural e eletrocataliticamente. Observou-se que os filmes produzidos usando DC apresentaram morfologias distintas para cada condição de ensaio e solução empregados. As análises químicas e microestruturais dos filmes produzidos em meio ácido (pH 5,0)utilizando procedimentos de varredura de potencial não indicaram a presença de Ni ou Co em sua composição. Porém, quando a cronopotenciometria foi utilizada, o recobrimento produzido continha majoritariamente Co e/ou óxidos de cobalto. Em pH 7,5, nas condições onde se utilizou varredura de potencial, a relação mássica de Ni:Cofoi próxima de 1:2. Por outro lado, houve a formação de filmes com um maior teor de Co quando outras condições de ensaio foram usadas, o que poderia estar relacionado com a presença da fase de oxihidróxido de cobalto (CoOOH) nesses recobrimentos. Contudo, estes filmes de óxido de Ni-Co não apresentaram viabilidade para acelerar os processos de OER. Todos os filmesproduzidos usando solução em pH mais alcalino (10,5), apresentaram morfologia homogênea, com grãos pequenos. As avaliações microestruturais indicaram a formação do óxido misto de Ni-Co na relação 1:2 para todas as condições de produção testadas. Por sua vez, os recobrimentos obtidos por PC usando solução em pH 7,5 apresentaram grãos ainda menores do que aqueles produzidos por DC, usando a solução em pH 10,5. No entanto, as análises microestruturais confirmaram que apenas algumas condições produziram óxido de Ni-Co. As avaliações eletrocatalíticas dos filmes de óxidos de Ni-Co produzidos por DC, em solução a pH 10, e por PC, em solução a pH 7,5, indicaram que os filmes produzidos são apropriados para serem aplicados como eletrocatalisadores OER, embora não sejam apropriados para atuarem como capacitores
Databáze: OpenAIRE
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