Síntese de nanocatalisadores a base de nióbio para produção de hidrogênio combustível

Descrição

Objetivo geral O objetivo geral da proposta consiste no desenvolvimento de um ciclo verde de produção, estocagem, e liberação controlada de hidrogênio combustível via hidrólise de hidretos sólidos e atóxicos. Para tanto, propõe-se a síntese de fotocatalisadores nanoestruturados contendo nióbio para geração de hidrogênio via “water splitting” e seu armazenamento na forma de hidretos sólidos e atóxicos. A liberação controlada do hidrogênio combustível via hidrólise de hidretos será catalisada por materiais também contendo nióbio em sua estrutura. Objetivos específicos Portanto, tem-se como objetivos especí?cos nessa proposta: (1) a síntese de novos nanocatalisadores e nanofotocatalisadores a base de nióbio, incluindo a síntese de redes metalorgânicas, metal-organic framework (MOF), utilizando-se processo hidrotérmico assistido por micro-ondas, para que possam ser utilizados na produção de hidrogênio via “water splitting” e/ou armazenamento de hidrogênio na forma de hidretos sólidos e/ou liberação controlada via hidrólise (2) Otimização da síntese de MOF à base de nióbio, dopados com nanopartículas de metais nobres como Pd, Pt, Au e metais não nobres como Ni e Co, assim como a sua combinação para a formação de nanopartículas bimetálicas, do inglês alloy. Esses materiais serão aplicados nas reações da proposta: foto decomposição da água e/ou reação de produção de hidretos e/ou hidrólise de hidretos para produção de hidrogênio combustível (3) Pela rota de síntese hidrotérmica assistida por micro-ondas, serão obtidos, principalmente, óxidos semicondutores a base de nióbio, mais precisamente os titanoniobatos de metais de transição (Cu, Ni, Fe e Ag), tendo os KTiNbO5 e HTiNbO5 como precursor. Esses materiais têm reconhecido potencial fotocatalítico, porém, ainda pouco explorados. (3.1) Os materiais sintetizados serão aplicados no processo de produção de hidrogênio conhecido como “water splitting”, ou seja, a obtenção de H2 a partir da quebra da molécula de água em uma reação fotocatalítica com um semicondutor. Nesse processo, parâmetros como (3.1.1) quantidade de catalisador, (3.1.2) fonte de radiação, (3.1.3) temperatura do sistema, e (3.1.3) propriedades físico-químicas do material serão investigadas em detalhes, sendo de extrema importância para maximizar as propriedades fotocatalíticas para a ?nalidade desejada, produção de hidrogênio. O hidrogênio produzido via water splitting será armazenado na forma de hidretos sólidos. (4) Os materiais também serão aplicados em processo sustentável de evolução de hidrogênio in situ a partir de hidretos metálicos, considerados materiais armazenadores de hidrogênio, porém, em forma sólida, sem riscos de toxicidade e perigos no seu manejo. Para isso, os objetivos especí?cos consistem na avaliação da in?uência dos seguintes parâmetros: (4.1) temperatura, (4.2) dose do material (MOF) dopado com nanopartículas, (4.3) quantidade do nanocatalisador, (4.3) avaliação do mecanismo de reação, envolvendo estudo de efeitos isotópicos cinéticos, usando água deuterada, (4.4) os parâmetros termodinâmicos da reação também serão determinados, assim como o índice de rotatividade (turnover). Todos os materiais obtidos serão (5) caracterizados por diferentes técnicas, incluindo (5.1) Microscopias (Eletrônica, Transmissão e Força Atômica), (5.2) Espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X, com a participação, principalmente, das colaborações internacionais, estabelecidas previamente para execução da proposta, (5.3) Difração de raios-X de poli e monocristal (a depender do material), (5.4), Espectroscopia na Região do Infravermelho, (5.5) Espectroscopia de Espalhamento Raman, (5.6) Análise termogravimétrica, (5.7) Espalhamento hidrodinâmico de luz, (5.8) Análise elementar, (5.9) Potencial Zeta, (5.10) sítio ácidos de Brönsted, (5.11) Espectroscopia de Re?ectância Difusa, (5.12) medidas de adsorção de nitrogênio pelo método BET, entre outros. (6) Pretende-se formar recursos humanos altamente quali?cados, alunos de iniciação cientí?ca, mestrado, doutorado e pós-doutorado, atentos às demandas tecnológicas, por meio de rotas sustentáveis e economicamente viáveis. (7) Fortalecer a integração dos Institutos de Ciência e Tecnologia do Estado de Minas Gerais, por meio de ?uxo de conhecimento e infraestrutura, através de equipamentos multiusuários; (8) Pretende-se construir um protótipo a nível industrial com o apoio da empresa Green Valley, que possui capacitação técnica para tal, que se dispôs a participar na proposta (9) Fortalecer a indústria nacional, especialmente do estado de Minas Gerais, que detém 90% das jazidas mundiais de nióbio, visando produzir energia limpa e barata, por processos sustentáveis, com geração de emprego e renda para a população de Minas.

Palavras-chave

• Catalisadores de nióbio
• produção de hidrogênio
• water splitting
• armazenamento de hidrogênio
• hidrólise de hidretos
• redes metalorgânicas

Grupo de pesquisa

http://dgp.cnpq.br/dgp/espelhogrupo/661207

Financiamento

Com financiamento