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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48817| ORCID: | http://orcid.org/0000-0003-4566-8867 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acceso: | Acesso Aberto |
| Título: | Eletrocatalisadores de In3+-Bi2O3 com aplicação na redução seletiva de CO2 à ácido fórmico |
| Título (s) alternativo (s): | In3+-Bi2O3 Electrocatalysts with application in selective reduction of CO2 to formic acid |
| Autor: | Alexandre, Maikon Rangel Alves |
| Primer orientador: | Lima, Renata Cristina de |
| Primer miembro de la banca: | Patrocínio, Antonio Otavio de Toledo |
| Segundo miembro de la banca: | Marques, Ana Paula de Azevedo |
| Resumen: | Amostras de óxido de bismuto (Bi2O3) puras e dopadas com diferentes concentrações de íons índio (In3+) foram sintetizadas para aplicação como eletrocatalisadores nas reações de redução eletroquímica de CO2 e sua conversão à ácido fórmico (HCOOH). Os materiais foram preparados nos tempos de síntese de 2 minutos (rota I) e 8 minutos (rota II), por meio do método hidrotérmico de micro-ondas (HM), o qual promove o aquecimento direto e rápido do meio reacional, favorecendo o controle da morfologia e do tamanho das partículas, visando economia de energia. Os resultados demonstraram que a incorporação de In3+ na rede do Bi2O3 gera modificações na estrutura e na morfologia do óxido. As caracterizações estruturais por DRX e refinamentos Rietveld confirmaram a obtenção de uma mistura das fases cúbica (γ-Bi2O3) e monoclínica (α-Bi2O3), indicando que a presença de In3+ na rede cristalina favorece a estabilização da fase monoclínica. Os espectros Raman confirmaram a existência das fases cúbica e monoclínica para as amostras puras e dopadas pela presença das bandas características de ambas as fases, corroborando com os resultados de DRX. Por imagens de MEV, as amostras de Bi2O3 de ambas as rotas apresentaram morfologias irregulares tipo bastões com superfícies lisas, enquanto os materiais de Bi2O3 dopados com In3+ apresentaram morfologia tipo flores compostas por nanofolhas bidimensionais aglomeradas na superfície dos bastões. Para as amostras dopadas obtidas via rota I, análises de área superficial demonstraram um aumento da porosidade dos materiais. Os testes eletrocatalíticos e as caracterizações eletroquímicas foram realizados para as amostras sintetizadas pela rota I e mostraram que a amostra de 8% In3+-Bi2O3 apresentou o melhor desempenho eletrocatalítico com uma densidade de corrente de -250 mA cm-2 e eficiência faradaica de 96,9% para a formação de HCOOH. Medidas de espectroscopia de impedância eletroquímica indicaram, para as amostras obtidas via rota I de Bi2O3 e 8% In3+-Bi2O3, uma redução da resistência à transferência de carga de 2708,5 Ω cm2, para 12,1 Ω cm2, respectivamente. Por análises de espectroscopia de XPS, verificou-se a estabilização do catalisador de Bi2O3 dopado com 8% de In3+ pela presença dos sinais atribuídos ao bismuto mesmo após as reações de eletrocatálise, indicando efeito sinérgico estrutural e eletrônico causado pelo processo de dopagem, levando ao aumento na atividade, seletividade e estabilidade do eletrocatalisador. |
| Abstract: | Undoped and doped bismuth oxide (Bi2O3) samples with different concentrations of indium ions (In3+) were synthesized for application as electrocatalysts in carbon dioxide electrochemical reduction reactions into formic acid (HCOOH). The materials were prepared in two different synthesis time: 2 minutes (route I) and 8 minutes (route II), by microwave hydrothermal method (MH), which promotes the direct and rapid heating of reactant medium and control of morphology and particle size with energy economy. The results demonstrated that the incorporation of In3+ promotes a transition of crytal structure and morphology of Bi2O3 nanostructures. Structural characterizations via XRD and Rietveld refinements confirmed the obtention of a mixture of cubic (γ-Bi2O3) and monoclinic (α-Bi2O3) phases, indicating that the incorporation of In3+ into the lattice promotes the stabilization of monoclinic phase. Raman spectra confirmed the obtaining of both cubic and monoclinic phases for the pure and doped samples by the presence of its characteristic bands, corroborating the XRD results. SEM images showed that the pure samples of both routes exhibited irregular rod-shaped morphologies while In3+ doped Bi2O3 materials presented flower-like morphologies composed by two-dimensional nanosheets agglomerates on the surface of the rods. Surface area analyses showed that the observed modification in the morphology resulted in an increase in the porosity of the materials for doped samples obtained by route I. Electrocatalytic tests and electrochemical characterizations were carried out on samples synthesized by route I and demonstrated that the sample doped with 8% of In3+ exhibited the highest performance, achieving a current density of -250 mA cm-2 and Faradaic efficiency of 96.9% for HCOOH. Electrochemical impedance spectroscopy measurements indicated a reduction of charge transfer resistance from 2708.5 Ω cm2 for Bi2O3 to 12.1 Ω cm2 for 8% In3+-doped Bi2O3. XPS spectra analyses indicated the stabilization of the 8% In3+ doped catalyst by the preservation of signals attributed to bismuth even after the electrocatalysis reactions, indicating a structural and electronic synergistic effect caused by the doping process, leading to enhanced activity, selectivity, and stability of the electrocatalyst. |
| Palabras clave: | Óxido de bismuto Índio Micro-ondas Dióxido de carbono Eletrocatálise Bismuth oxide indium microwave carbon dioxide electrocatalysis |
| Área (s) del CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICA |
| Tema: | Química |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editora: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Programa: | Programa de Pós-graduação em Química |
| Cita: | ALEXANDRE, Maikon Rangel Alves. Eletrocatalisadores de In3+-Bi2O3 com aplicação na redução seletiva de CO2 à ácido fórmico. 2026. 93 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.516. |
| Identificador del documento: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.516 |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48817 |
| Fecha de defensa: | 8-jul-2026 |
| Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS): | ODS::ODS 13. Ação contra a mudança global do clima - Tomar medidas urgentes para combater a mudança climática e seus impactos. |
| Aparece en las colecciones: | DISSERTAÇÃO - Química |
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