O projeto de pesquisa prevê a aplicação de eletrocatalisadores de carbono modificados com metaloftalocianinas de Cu, Co, Mn, Fe e Ni para a eletroredução de CO2 via eletrodos de difusão gasosa, avaliando-se a sua eficiência eletroquímica para a produção de produtos de valor agregado a partir da eletroredução de CO2. (AU)

A reação de redução do oxigênio (RRO) para eletrogeração do peróxido de hidrogênio (H2O2) é foco de interesse das pesquisas eletroquímicas a anos devido a ampla utilização deste composto como oxidante em diversos procedimentos, em virtude de seu elevado potencial de redução de +1,77 V. Contudo, a utilização dos processos de RRO continuam a ser um desafio devido à sua complexidade cinética e alta demanda energética, acarretando grandes custos operacionais. Visando suprir essas desvantagens, surge a necessidade do estudo da influência de novos materiais eletrocatalisadores para a utilização nestes processos, a fim de tornar o procedimento economicamente viável, diminuindo os custos e aumentando a seletividade da eletrogeração de H2O2. Com este intuito, o presente projeto propõe a síntese de novos nanopartículas de sulfeto de ferro (Fe3S4), modificadas com zinco (Zn), manganês (Mn) e tungstênio (W), no tipo Core-Shell, ancoradas na superfície do carbono Printex L6 (CPL6) para aplicação como eletrocatalisadores no processo de RRO para produção de H2O2 in situ e degradação de antibióticos da classe dos macrólidos. Inicialmente, o comportamento eletroquímico do material será avaliado em sistema de eletrodo de disco anel-rotatório (RDDE), o eletrodo de referência de Ag|AgCl e Contra-eletrodo de platina, em eletrólito suporte solução de K2SO4 0,1 mol L-1 em meio ácido (pH 3,0) e alcalino (pH 9,0). No RRDE, os nanomateriais sintetizados serão depositados formando uma microcamada. Os materiais também serão caracterizados estrutural e morfologicamente através das técnicas de difração de raios-X (XRD), espectroscopia de fotoeletrônica de aios-X (XPS) e microsciopia eletrôncica de varredura e de transmissão (SEM e TEM). Posteriormente serão avaliados estes eletrocatalisadores utilizando o eletrodo de difusão gasosa (EDG) confeccionado com tecido de carbono, CPL6 e as NPs propostas por este projeto, a fim de quantificar a eletrogeração de H2O2, assim como, avaliar os parâmetros que mais influenciam neste processo, como pH e densidade de corrente aplicada. Por fim, o sistema otimizado será aplicado e estudado para a degradação de antibióticos da classe dos macrólidos (azitromicina e eritromicina, por exemplo), através de processos foto-eletroquímicos.

Materiais carbonáceos são usados para aplicações eletroquímicas devido às suas propriedades únicas. No entanto, eles catalisam a reação parasitária de evolução do hidrogênio (HER) em eletrólitos aquosos, o que causa problemas como perda de água e competição de reações. Modificadores de superfície de eletrodo são frequentemente usados para melhorar a pseudocapacitância e reduzir HER. A Polianilina (PAni) é um polímero condutor que pode ser aplicado como superfície modificada devido à sua condutividade, resistência química e estabilidade ambiental. Um estudo recente mostra que o PAni com Pb eletro adsorvido em uma superfície de fibra de carbono (CF) foi aplicado com sucesso para prevenir HER em baterias de chumbo-ácido (LAB). O HER também é um problema na parte catódica das baterias redox de fluxo de vanádio (VRFBs) e a capacidade da PAni de adsorver diferentes íons metálicos permite a investigação de CF/PAni modificado com outros elementos, como In e Bi, para inibição de HER em VRFBs. Além do comportamento eletroquímico, a adsorção de íons na estrutura do PAni pode afetar sua estrutura e isso foi demonstrado no compósito CF/PAni/Pb onde a coordenação entre o Pb2+ e as cadeias do PAni impediu a redução do sal esmeraldina a leucoesmeraldina. Medições de espectroscopia de absorção de raios X- Soft (XAS) enquanto as medições eletroquímicas são realizadas e a teoria do funcional de densidade (DFT) podem nos ajudar a entender em detalhes o efeito da adsorção de íons na estrutura PAni. Assim, esta investigação tem como objetivo adaptar o método de deposição e adsorção de íons (Pb, In, Bi) de PAni na célula eletroquímica in situ para investigar o comportamento eletroquímico de materiais para inibição de HER em VRFB usando simulações in situ soft-XAS e DFT.

Recentemente, biossensores vestíveis tem recebido considerável atenção devido à sua capacidade de quantificar diferentes analitos em tempo real de maneira simples e não invasiva, trazendo importantes informações às áreas de saúde, esportes, alimentação e de segurança. Encontram-se descritos na literatura dispositivos capazes de realizar análises de diferentes biofluidos - como lágrimas, suor e saliva - e nas mais diversas apresentações, incluindo a modificação de acessórios (óculos, luvas, anéis), a adesão direta sobre a pele (tatuagens, dispositivos poliméricos) e a impressão sobre tecidos. Tais dispositivos, porém, comumente se limitam a detecção de eletrólitos, moléculas eletroquimicamente ativas ou à pequenas moléculas como a glicose, o etanol e o lactato. Sendo assim, apesar do grande interesse clínico nesta classe, ainda não são descritos na literatura biossensores vestíveis capazes de analisar biomarcadores proteicos específicos. Tal linha de pesquisa é de grande importância visto que tais dispositivos poderiam auxiliar no diagnóstico não invasivo de milhares de doenças importantes como diversos tipos de câncer, neuropatias e doenças infecciosas, entre outras. Dessa maneira, propomos o desenvolvimento de biossensores vestíveis baseados na adaptação da técnica lateral flow para a análise de biomarcadores proteicos em suor de maneira simples, rápida e de baixo custo. Três biossensores baseados em estratégias analíticas distintas serão construídos, sendo estes: 1)Um dispositivo baseado na técnica de lateral flow e na detecção eletroquímica para a quantificação de biomarcadores proteicos; 2) Um dispositivo baseado na técnica de lateral flow e na detecção colorimétrica para a quantificação de 3 biomarcadores proteicos simultaneamente; e 3) Um biossensor baseado em técnicas colorimétricas e eletroquímicas para a detecção simultânea de analitos de naturezas variadas (íons, pequenas moléculas e proteínas) em um único dispositivo. Para cada biossensor, a coleta e análise da amostra será realizada em um dispositivo microfluídico flexível colado sobre a pele do usuário. A técnica de screen-printing será utilizada para a construção de eletrodos de carbono de baixo custo a partir de materiais acessíveis. Além disso, pretende-se testar os dispositivos construídos em medidas on body em voluntários em diferentes condições de saúde, obtendo dados de relevância clínica sobre a composição do suor. Durante a execução do projeto, as técnicas desenvolvidas podersão ser aplicadas, ainda, no desenvolvimento de outros biossensores vestíveis. Visto que as plataformas desenvolvidas podem ser ajustadas para a detecção de diferentes proteínas a partir da seleção de anticorpos adequados, espera-se que tais dispositivos ampliem consideravelmente o número de biomoléculas passíveis de serem analisadas por dispositivos vestíveis em suor, gerando grande impacto principalmente na área de saúde. (AU)

Os objetivos gerais deste projeto são duplos: aprimorar o desempenho de supercapacitores otimizando seus eletrólitos e melhorar seus eletrodos utilizando técnicas de dinâmica molecular clássica e quântica. Para otimização do eletrólito, o projeto investigará eletrólitos aquosos e orgânicos contendo Li-TFSI, Li-PF6, Na-PF6, Na-TFSI e TEA-BF4. Entre os orgânicos, aditivos importantes como EC, PC, DMC e gBL serão investigados. Para otimização do eletrodo, o projeto se concentrará nas aplicações de materiais 2D, como os da família do grafeno, boro-nitrogênio (h-BN), fosforeno, Mxenes (em particular, TiMC e MoS2) e outros materiais carbonáceos recentemente investigados, como grafullereno e diamano. Ao explorar essas áreas, este projeto contribuirá para o desenvolvimento de soluções de armazenamento de energia mais eficientes e econômicas. Dada a amplitude dos temas, o projeto tem o potencial de abordar uma variedade de desafios e oportunidades no campo de armazenamento de energia nos próximos cinco anos. (AU)

A necessidade de abordagens viáveis para a gestão de efluentes emerge como uma resposta urgente ao desafio global de escassez de água. O emprego de processos oxidativos avançados, centrados na geração eletroquímica de peróxido de hidrogênio (H2O2), desempenha um papel crucial nessas estratégias. A eficácia dessas tecnologias está intrinsicamente ligada ao material catalítico escolhido. Nesse âmbito este projeto surge como uma abordagem para suprimir a identificação e desenvolvimento de catalisadores eficientes para a geração de H2O2. O cerne desta proposta é superar esses desafios por meio da síntese e caracterização de materiais catalíticos, especialmente eletrodos de difusão gasosa (EDG) modificados com grafeno dopado com nitrogênio (N-grafeno) e assim se posicionar como uma abordagem sustentável de resíduos líquidos, enfocando a urina humana como fonte de recuperação de nutrientes e água. Isso se dará por meio da estabilização da urina com H2O2 eletrogerado e a partir da capacidade eletroquímica para concomitantemente efetuar a desinfecção da urina. Neste contexto a proposta foi estruturada em 5 etapas distintas, guiadas por técnicas analíticas adequadas, que juntas abrem caminho para a implementação de sistemas descentralizados de gestão de efluentes, destacando a sustentabilidade de novos materiais e a valorização de nutrientes e água. Assim, por meio da concepção de materiais catalíticos avançados e estruturas eletroquímicas modificadas, este projeto contribui diretamente para o avanço da ciência e tecnologia por ser capaz de abordar desafios prementes, fornecendo soluções alternativas para a crise global de recursos hídricos.

Nos últimos anos, os processos eletroquímicos oxidativos avançados (PEOAs) baseados na utilização de H2O2 eletrogerado a partir de eletrodos de difusão gasosa (EDG) têm se tornado uma poderosa ferramenta para o tratamento de águas contaminadas. No entanto, o método necessita de técnicas de detecção para a validação e monitoramento dos dados de degradação das amostras e/ou eletrogeração do H2O2 de forma rápida e online. Pois, na maioria das vezes técnicas cromatográficas e/ou de espectrometria são as mais empregadas para esta finalidade e de forma offline. Uma alternativa para suprir esta necessidade, seria a utilização de sensores eletroquímicos acoplado ao sistema de degradação. Neste contexto, o desenvolvimento de métodos eletroanalíticos simples, práticos e de menor custo para as mais variadas finalidades vem ganhando destaque nas últimas décadas. Assim, fazendo-se jus às propriedades diferenciadas dos materiais carbonáceos, tal como o carbon black (CB, Vulcan e Printex(6L)) e as características químicas, físicas e/ou foto-eletrocatalíticas das nanoestruturas de quantum dots e óxidos metálicos (TiO2, RuO2, ZnO, Nb2O5 e MoO3) a presente proposta visa investigar a aplicação desta importante classe de materiais sob a perspectiva da química analítica, no sentido de desenvolver novos arranjos de EDG visando a eletrogeração de H2O2 in situ para a degradação de poluentes emergentes e, principalmente, de sensores eletroquímicos impressos visando tanto a determinação quanto o monitoramento do contaminante emergente alvo em amostras ambientais e/ou de H2O2 no sistema de degradação ao longo do processo de forma online, ou seja, ao mesmo tempo que será realizada a degradação do disruptor endócrino, também será monitorado a eletrogeração de H2O2 e/ou o decaimento da concentração do contaminante alvo através de técnicas voltamétricas convencionais e/ou de imitância eletroquímica. Portanto, este trabalho configura uma proposta de degradação e sensoriamento online ainda pouco explorada, porém de extrema importância para o avanço da técnica de degradação principalmente em regiões isoladas onde não se dispõe de instrumentações mais complexas para este tipo de monitoramento. (AU)

O uso de compostos em processos industriais para atender à demanda da população resultou na contaminação dos recursos hídricos. Essas substâncias não são removidas com eficiência pelo processo clássico de tratamento de água e esgoto. Para isso, é utilizada a tecnologia eletroquímica, que produz agentes oxidantes, como o percarbonato (C2O62-) e os radicais hidroxila (*OH), capazes de decompor os poluentes. Para superar as desvantagens do atual método industrial de produção desses agentes, estamos estudando maneiras de produzi-los de forma ecológica, sem o uso de solventes orgânicos. Essa produção alternativa é baseada em processos oxidativos avançados eletroquímicos (POAEs), que geram percarbonato por meio de oxidação anódica (OA) com eletrodos de alto sobrepotencial para evolução de oxigênio, enquanto o peróxido de hidrogênio é gerado por meio da reação de redução de oxigênio (RRO), que ocorre no cátodo do sistema. Com base nos estudos realizados até o momento, este projeto visa otimizar a produção dessas duas espécies oxidantes simultaneamente, em diferentes compartimentos, utilizando a mesma corrente, reduzindo assim os custos de energia do processo e tornando-o mais atraente. Os testes serão realizados com diferentes configurações de cátodo (eletrodos de difusão de gás - EDG) e ânodos (diamante dopado com boro - BDD e ânodo dimensionalmente estável - DSA), a fim de encontrar o método mais eficiente.

O presente projeto propõe o desenvolvimento de plataformas eletroquímicas sustentáveis, com base em compósitos de carbono e dispositivos impressos preparados a partir de solventes eutéticos profundos naturais (NADES), para a quantificação de sulfonamidas em ambientes diretamente relacionados à indústria pecuária, principal consumidor desta classe de antibióticos. Como substrato para desenvolvimento dos eletrodos impressos, propõe-se a utilização papel impermeabilizado com ceras vegetais de palma e soja solubilizadas em solventes eutéticos profundos naturais hidrofóbicos (hNADES), em substituição à parafina derivada de petróleo comumente utilizada para esse fim. Para os compósitos e tintas à base de carbono, os mesmos serão preparados utilizando-se de solventes eutéticos profundos naturais (NADES), estes com demonstrada versatilidade de aplicações, em substituição aos solventes convencionais, evidenciando o caráter sustentável desta proposta uma vez que as classes de NADES a serem utilizadas são biodegradáveis. O projeto propõe a substituição completa do óleo mineral/parafina utilizada para elaboração de eletrodos de pasta de carbono por hNADES, incorporados ou não com cera vegetal, para formação de um aglutinante suficientemente hidrofóbico e biodegradável a ser utilizado nestes eletrodos. A caracterização dos dispositivos eletroquímicos tanto compósitos quanto impressos será realizada com técnicas eletroquímicas, microscopias de imagem, ângulo de contato e técnicas termogravimétricas. As mesmas técnicas eletroquímicas serão utilizadas para desenvolvimento de metodologia analítica para quantificação dos antibióticos, sulfametazina e sulfadimetoxina. Por fim, o projeto propõe uma eco-escala para avaliação da sustentabilidade da metodologia proposta, propondo uma ferramenta com inédita aplicação na avaliação de metodologias analíticas desenvolvidas a partir de técnicas eletroanalíticas. Assim o projeto proposto converge com os Objetivos para o Desenvolvimento Sustentável - Agenda 2030 da ONU nos objetivos 6 (Água Potável e Saneamento) e 12 (Consumo e Produção responsáveis). (AU)

Este projeto tem como objetivo a síntese, caracterização e aplicação de eletrodos de difusão gasosa (EDG) como (catodo) confeccionado com nanopartículas de cobalto e ferro (NPs de Co e Fe) suportadas em materiais carbonáceos (biochar ou CPL6®) para estudo da reação de redução de O2 (RRO) visando a eletrossíntese de H2O2 in situ e degradação de drogas antidepressivas fluoxetina e sertralina. As NPs de Co e/ou Fe serão sintetizadas pelos métodos Botton up ou hidrotermal e dispersas em matrizes de carbono para confecção dos eletrodos do tipo EDG. Os parâmetros de síntese como quantidade de massa catalítica de carbono e tipo de NPs serão estudados para obtenção de materiais com alta atividade para RRO. As caracterizações físicas das NPs de Co e/ou Fe serão feitas por técnicas de difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão e análises textural utilizando adsorção e desorção de N2 e espectroscopia de fotoelétrons de raios-X. Para a caracterização eletroquímica, além da quantificação de H2O2, medidas de voltametria cíclica e espectroscopia de impedância eletroquímica serão utilizadas, bem como seletividade do nº de elétrons reacionais via disco anel rotatório. A eficiência de degradação e mineralização da fluoxetina e sertralina em função dos diferentes materiais de carbono biochar ou CPL6® e suas morfologias serão avaliadas durante os processos de tratamento utilizados. Além disso, será avaliado o sinergismo da eficiência de degradação do sistema via utilização do carbono CPL6® ou biochar utilizando EDGs com NPs de Co e Fe. Finalmente, a identificação dos intermediários de reação através de medidas de cromatografia líquida de alta eficiência e acopladas a espectrometria de massas serão realizadas com nanopartículas Co e/ou Fe suportadas em materiais biochar ou CPL6®.