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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-7777-2864
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Foto(eletro)reforma do glicerol empregando filmes de Bi2WO6 como fotoanodos seletivos
Alternate title (s): Selective photoelectrochemical reforming of glycerol by Bi2WO6 photoanodes
Author: Nascimento, Lucas Leão
First Advisor: Patrocinio, Antonio Otavio de Toledo
First coorientator: Zacour Marinho, Juliane
First member of the Committee: Lopes, Osmando Ferreira
Second member of the Committee: Santos, Heberton Wender Luiz dos
Summary: A crescente demanda por energia pela sociedade moderna tem intensificado a busca por fontes energéticas alternativas. Nesse aspecto, o uso de biocombustíveis aumentou drasticamente nas últimas décadas, o que levou a uma produção de glicerol muito acima do que o mercado atual é capaz de absorver. Nesse contexto, a reforma do glicerol faz-se importante, tanto pela possibilidade de se obter H2 junto a compostos de elevado valor agregado, quanto pelo apelo ambiental. Assim, o presente trabalho teve como objetivo investigar o Bi2WO6 como fotocatalisador para a oxidação seletiva do glicerol, com concomitante geração de H2. Bi2WO6 nanoparticulado foi sintetizado por via hidrotermal em diferentes condições de pH. Os materiais obtidos tiveram sua performance fotocatalítica avaliada por meio da fotorreforma do metanol, de modo que o Bi2WO6 obtido em pH = 0 foi escolhido para sequência do estudo. O Bi2WO6 foi então, imobilizado sobre substratos vítreos condutores pela técnica “Doctor Blade” e os filmes obtidos foram empregados como fotoanodos e avaliados frente a reforma fotoeletrocatalítica do glicerol. Os dispositivos fotoeletrocatalíticos formados com os fotoanodos de Bi2WO6 atingiram uma produção de H2 de 20,0 µmol h-1 cm-1 a partir de soluções 10% v/v de glicerol a 0,8 V vs Ag/AgCl, enquanto que as células compostas com os fotoanodos de TiO2 P25 produziram 5,3 µmol h-1 cm-1 nas mesmas condições. Os filmes de Bi2WO6 apresentam fotorresposta até 420 nm com eficiência de conversão de luz incidente em eletricidade máxima de 53% em 330 nm. Quando células fotoeletroquímicas contendo os fotoanodos de Bi2WO6 foram submetidas a irradiação UV-Vis (120 mW cm-2) por 6 h e potenciais de 0,8 V vs Ag/AgCl atingiu-se uma conversão de 43% do glicerol com 88% de seletividade para o ácido fórmico em solução aquosa de K2SO4 0,1M contendo 10% v/v de glicerol com pH = 3,6. Em pH = 6,4, foi observada uma conversão de 65% com 41% de seletividade para o ácido fórmico. Em ambos os casos, a eficiência faradaica para a produção de H2 foi de 100%. Os resultados encontrados confirmam que filmes de Bi2WO6 podem ser aplicados com sucesso na conversão de energia solar em combustíveis com concomitante valorização de derivados de biomassa.
Abstract: The growing demand for energy by the modern society has intensified the search for alternative energy sources. In this way, the use of biofuels has increased dramatically in recent decades, which led to the co-production of glycerol far above what the current market capability. In this context, the reform of glycerol is important, both for the possibility of obtaining high value compounds in addition to H2 production, and for the associated environmental benefits. Hence, the present work aimed to investigate Bi2WO6 as a photocatalyst for the selective oxidation of glycerol, with concomitant H2 evolution. Nano Bi2WO6 was synthesized by the hydrothermal method under different pH conditions. The materials were evaluated in terms of the photocatalytic performance by methanol photoreform, so that the Bi2WO6 obtained at pH = 0 exhibited the best results and, therefore, was chosen for the further experiments. The powder was then immobilized on conductive vitreous substrates using the Doctor Blade technique. The films obtained were used as photoanodes and evaluated against photoelectrocatalytic reforming of glycerol. The devices based on Bi2WO6 photoanodes reached an H2 production of 20.0 µmol h-1 cm-1 from 10% v/v glycerol solutions at 0.8 V vs Ag/AgCl, while the devices formed by TiO2 P25 photoanodes produced 5,3 µmol h-1 cm-1 at the same conditions. Bi2WO6 photoanodes exhibited photoresponse up to 420 nm with maximum incident-light to current efficiency of 53% at 330 nm. When photoelectrochemical cells containing the Bi2WO6 photoanodes were submitted to UV-Vis irradiation (120 mW cm-2) for 6 h and 0.8 V vs Ag/AgCl external bias, a conversion of 43% of glycerol was achieved with 88% selectivity towards formic acid production in 0.1M aqueous K2SO4 solution containing 10% v/v of glycerol with pH = 3.6. At pH = 6.4, 65% conversion with 41% of selectivity to formic acid formation was achieved. In both cases, the faradaic efficiency for the production of H2 was 100%. The results confirmed the Bi2WO6 thin films can be successfully applied in the solar energy conversion to fuels with simultaneous valorization of biomass derivatives.
Keywords: Bi2WO6
fotoanodos
glicerol
fotoeletrocatálise
fotorreforma
PEC
conversão de energia
hidrogênio
photoanodes
glycerol
photoelectrocatalysis
photoreforming
energy conversion
hydrogen
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICA::FOTO-QUIMICA INORGANICA
Subject: Química
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Quote: NASCIMENTO, Lucas Leão. Foto(eletro)reforma do glicerol empregando filmes de Bi2WO6 como fotoanodos seletivos. 2021. 80 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. Disponível em: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.364.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.364
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/32504
Date of defense: 15-Jul-2021
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