A presença de contaminantes provenientes de descartes industriais, hospitalares e do consumo humano no meio ambiente é uma questão de preocupação global devido aos efeitos que esses contaminantes podem causar ao meio e à saúde humana. Além disso, outra preocupação global é necessidade de geração de energia limpa para preservação do meio ambiente. Nesse cenário, os processos (foto)eletrocatalíticos tem demonstrado boa eficiência para a oxidação de contaminantes orgânicos ou para a redução de H2O e N2 à H2 e NH3, respectivamente. O projeto que será desenvolvido visa a aplicação da (foto)eletrocatálise utilizando um eletrodo bifuncional em reator para oxidação de contaminantes orgânicos concomitante com a redução de H2O para a geração de energia, sendo avaliados diferentes contaminantes presentes em biomassas, assim como diferentes eletrodos bifuncionais modificados. Serão avaliados diferentes parâmetros de degradação dos contaminantes, como pH do meio e tempo de aplicação do processo. Métodos cromatográficos serão desenvolvidos e validados para quantificação dos contaminantes oxidados, identificação de intermediários de degradação e quantificação dos produtos gerados durante redução, sendo avaliada a necessidade de acoplamento da (foto)eletrocatálise com outro processo, como o fotoeletro-Fenton, para oxidação dos contaminantes. Espera-se expandir o estudo para aplicação do processo (foto)eletrocatalítico em efluentes industriais da região de São Carlos - SP, Brasil, visando a utilização das biomassas que seriam descartadas na forma de contaminantes do meio pelas indústrias para geração de energia.

A conversão eletroquímica do CO2 é uma técnica versátil que pode ser utilizada em condições ambientais de temperatura e pressão em meio aquoso (eletrólito suporte), possibilitando a modulação das condições de síntese tanto no direcionamento do produto formado, quanto nas condições de pH, eletrolítico meio, sinergia com o catalisador, entre outros parâmetros. Dessa forma, os carbonos condutores são considerados materiais ativos de alta viabilidade por apresentarem elevada área superficial, baixo valor de mercado e possibilidade de modificação da estrutura superficial. A presente proposta tem como objetivo estudar a modificação do carvão ativo para utilização como catalisador da reação de redução de CO2. As metodologias desenvolvidas a partir do método dos precursores poliméricos incluem a utilização de óxidos de metais de transição (Nb, Pd, Mo, Co, Cu e Zr) em testes eletroquímicos e fotoquímicos a fim de correlacionar a estrutura dos materiais modificados de acordo com a seletividade para gerar maior produtos de valor agregado

Este projeto tem o objetivo principal sintetizar BiVO4 dopado com terra raras, em especial o ítrio (Y3+), em diferentes quantidades de doping para estudar a influência do dopante na degradação fotoeletroquímica de biomassas coletadas em ambientes reais da indústria (têxtil, agrícola, papel e química). Um sistema fotoeletroquímico com acoplamento do fotoânodo desenvolvido com um fotocátodo já conhecido será avaliado para concomitante redução de H2O e oxidação do efluente. Os óxidos que serão depositados no fotoânodo por diferentes técnicas e serão produzidos por uma rota ambientalmente amigável utilizando o álcool polivinílico como solvente e aplicados em substrato de titânio e/ou FTO. A caracterização física dos filmes será realizada por técnicas de difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura e análise por energia dispersiva, espectroscopia Raman e determinação de band-gap. As caracterizações eletroquímicas serão feitas por técnicas voltamétricas e espectroscopia de impedância eletroquímica. Estudos de fotocorrente serão realizados para os filmes de BiVO4 e de BiVO4 dopado com ítrio. A eficiência dos processos de degradação das espécies poluente durante os experimentos fotoeletrocatalíticos será avaliada utilizando as técnicas analíticas instrumentais de espectrofotometria UV/Vis, cromatografia líquida de alta eficiência e análise de teor de carbono orgânico total. No sistema fotoeletroquimico acoplado a redução de H2O haverá a quantificação dos produtos gerados. Esse processo será avaliado por técnicas cromatográficas para identificar e quantificar os subprodutos formados.

A produção de NH3 é crucial para o desenvolvimento humano e da economia global, uma vez que a amônia é o segundo produto químico mais sintetizado no mundo, em que cerca de 80% é utilizada na produção de fertilizantes. Na verdade, aproximadamente metade do nitrogênio contido em nossos corpos provém de uma fonte sintética de amônia. Além disso, a amônia é um portador de energia livre de carbono promissor com elevado teor de hidrogênio (17,6% em massa), alta densidade energética (4,25 kWh L-1), e de fácil manuseio e transporte. Atualmente, a produção de NH3 em escala mundial é de, aproximadamente, 170 Mton por ano e depende predominantemente do processo Harber-Bosch (H-B), desenvolvido no começo do século XX, por meio da reação catalítica entre N2 e H2. Uma abordagem eletroquímica para a redução de N2 torna-se uma perspectiva atraente neste contexto. O catodo em um sistema eletroquímico é o responsável pela reação eletroquímica de redução de nitrogênio (eNRR). Neste projeto, visa-se decorar o MoS2 com Fe, afim de melhorar a capacidade de redução eletroquímica de N2 para a produção de NH3 em temperatura ambiente. Além disso, o uso deste catalisador suportado em GDL pode acelerar o transporte de carga, facilitando a reação eletroquímica.

Mediante a ineficácia dos métodos usualmente utilizados para tratamentos de águas residuais e esgotos em estações de tratamentos, o desenvolvimento de métodos que possam ser promissores na degradação de poluentes é de extrema importância. Diante do cenário mundial atual em que se vive uma crise pandêmica surgida em 2019 a partir da disseminação do vírus SARS-CoV-2 também conhecido como novo Coronavírus causador do COVID-19, os estudos científicos tentam compreender as possíveis rotas de contaminação, assim como o impacto da doença em aspectos diversos como a problemática da contaminação de recursos hídricos por patógenos e agentes farmaceuticamente ativos. A aplicação de processos fotocatalíticos e fotoeletrocatalíticos tem crescido dentro do meio científico por serem tecnologias promissoras e eficientes para este fim. Logo, o presente trabalho pretende estudar a eficiência de filmes de nanopartículas de cobre, óxido cúprico e cuproso na degradação de agentes farmaceuticamente ativos aplicados nos protocolos de tratamentos do COVID-19 nas configurações de fotoeletrocatálise visando a grande quantidade desses poluentes presentes em esgotos hospitalares e domésticos que são descartados muitas vezes sem nenhum tratamento prévio em corpos d'água. Para obtenção dos filmes pretende-se aplicar os métodos de tratamento térmico de micro-ondas para as nanopartículas metálicas de cobre, síntese de redução química para a obtenção das nanopartículas de óxidos de cobre acoplados a diferentes métodos de deposição (como dip coating, spin coating e doctor-blade) e a eletrodeposição dessas nanopartículas. As caracterizações morfológicas, estruturais e ópticas dos materiais sintetizados serão realizadas por técnica de difração de raio-x, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão e espectroscopia de UV-Vis. As caracterizações eletroquímicas dos fotoeletrodos como voltametria cíclica e linear irão investigar as densidades de fotocorrente e a viabilidade dos materiais para aplicações fotoeletroquímicas. A atividade fotocatalíca dos fotoeletrodos serão investigadas mediante três configurações: fotólise, fotocatálise heterogênea e fotoeletrocatálise frente a agentes farmaceuticamente ativos, havendo a análise das espécies reativas de oxigênio (ROS) para a compreensão das espécies que são relevantes na degradação dos poluentes de interesse. Após a otimização dos parâmetros experimentais e estudos comparativos, espera-se que os fotoeletrodos a base de cobre propostos no trabalho proporcione um desempenho promissor no tratamento de efluentes decorrentes da pandemia do novo Coronavírus. (AU)

Neste projeto será estudado o uso de manufatura aditiva (impressão 3D) para obtenção de eletrodos modificados com fosfetos e sulfetos de Ni, Co e/ou Mo a serem empregados para produção de hidrogênio por eletrólise da água. A impressão 3D será utilizada para a confecção de eletrodos a partir de PLA-condutor pelo método de fabricação com filamento fundido (FDM do inglês Fused Deposition Modeling) usando geometrias e tamanho de poros diferentes. Com isso será avaliado a influência desses parâmetros na queda ôhmica e no desprendimento de bolhas do eletrodo em alto sobrepotencial de reação. A modificação com sulfetos e fosfetos de Ni, Co e/ou Mo será realizada de duas maneiras. A primeira será por eletrodeposição dos fosfetos e sulfetos metálicos sobre o eletrodo obtido por FDM usando eletrólitos contendo os precursores. A segunda será por incorporação dos fosfetos e sulfetos metálicos sintetizados por método hidrotermal em uma protopasta para impressão 3D por método de escrita direta com tinta (DIW - do inglês Direct Ink Writing). Os eletrodos serão caracterizados por MEV, DRX, Raman e EDX para avaliar morfologia, uniformidade, cristalinidade, e composição e distribuição elementar dos compostos sobre o eletrodo. Os parâmetros de sobrepotencial para reação de desprendimento de hidrogênio, estabilidade e resistência de transferência de carga serão estudados por técnicas eletroquímicas. A eficiência faradaica para a reação será avaliada por cromatografia gasosa in operando com os testes de estabilidade. Espera-se com isso avaliar a viabilidade do uso de impressão 3D para obtenção de eletrodos visando a produção de hidrogênio e comparar as duas metodologias de modificação dos eletrodos. (AU)

As nanopartículas (NPs) de cobre (CuNPs) e óxido de cobre (CuONPs) apresentam propriedades antivirais e antimicrobianas contra diversos tipos de microrganismos e baixo custo de produção. Devido a isso essas NPs têm sido utilizadas em testes contra SARS-CoV-2, o vírus causador da COVID-19. Atualmente, sabe-se que a transmissão de bactérias e vírus, tais como o SARS-CoV-2, pode acontecer devido ao transporte e uso de embalagens para alimentos contaminadas. Nesse intuito, o desenvolvimento de embalagens utilizando polímeros com propriedades antibacterianas cresceu muito nos últimos anos. Em especial, a utilização de polímeros naturais tem atraído atenção devido a redução dos impactos ambientais relacionados ao seu descarte. Com essas motivações, o presente trabalho visa sintetizar CuNPs e CuONPs e testar a atividade antimicrobiana e virucida dessas NPs, puras e inseridas nos filmes naturais de kefiran, contra as bactérias Staphylococcus aureus e Escherichia coli e também contra o vírus SARS-CoV-2. Pretende-se também realizar ensaios mecânicos e de citotoxicidade dos filmes. (AU)

A liberação contínua e excessiva de CO2 na atmosfera e a intensificação dos impactos ambientais associadas ao desequilíbrio do ciclo natural do carbono, evidenciam a necessidade de desenvolvimento de tecnologias para a captura e reciclo deste gás. Uma estratégia é a conversão de CO2 em combustíveis e/ou matérias-primas relevantes para a indústria química. Dentre as diferentes metodologias existentes, a redução eletroquímica, se destaca por operar em condições brandas e possibilitar integração com fontes renováveis de energia elétrica. Entretanto, a baixa seletividade dos catalisadores para os produtos carbonáceos e a forte competição com a reação de desprendimento de H2, são um dos fatores que limitam a eficiência energética do processo, tornando necessária a busca por eletrocatalisadores eficientes. A utilização de eletrocatalisadores baseados em fosfetos de metais de transição (FMT) tem se destacado na literatura devido a boa condutividade, facilidade de preparação e elevada estabilidade. Porém, poucos estudos investigam a atividade catalítica e seletividade para a redução de CO2 e a relação com as propriedades físico-químicas e eletrônicas dos FMT. Neste contexto, o presente projeto propõe o desenvolvimento de eletrocatalisadores baseados em fosfetos metálicos com metais abundantes (Ni, Fe, Cu e Mo), visando avaliar a influência do método de síntese (eletrodeposição e micro-ondas), assim como, a combinação de diferentes espécies metálicas na seletividade e atividade catalítica para a reação de redução de CO2.