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Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS (33144010006P9)
ESTUDOS ESPECTROELETROQUÍMICOS DA INFLUÊNCIA DA FIBROÍNA DA SEDA NAS ESTRUTURAS E PROPRIEDADES DO HIDRÓXIDO DE NÍQUEL
EDUARDO RUBEN DO NASCIMENTO
TESE
13/11/2024

O presente estudo investigou o impacto da fibroína da seda nas estruturas e propriedades eletroquímicas do hidróxido de níquel (Ni(OH)₂) utilizando técnicas espectroeletroquímicas. O Ni(OH)₂ é amplamente reconhecido como um material chave em diversas aplicações tecnológicas, como baterias, supercapacitores e sensores. Em resposta à urgência das mudanças climáticas e à busca por combustíveis limpos, a hidrólise da água vem sendo intensamente estudada. Consequentemente, há um crescente interesse em desenvolver catalisadores eficientes e economicamente viáveis para essa reação. Nesse contexto, o Ni(OH)₂ tem emergido como um material promissor em pesquisas recentes. O estudo teve como objetivo entender se a adição de fibroína, uma proteína obtida da seda, seria capaz de modificar as características estruturais e funcionais do Ni(OH)₂. A caracterização estrutural dos materiais por meio de técnicas como difração de raios X (DRX), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e microscopia de força atômica (AFM) revelou um efeito sinergético: a proteína demonstrou capacidade de estabilizar nanopartículas (NPs) de α-Ni(OH)₂, enquanto as NPs de Ni(OH)₂ induziram um aumento significativo na proporção de domínios cristalinos do tipo folha-β na fibroína resultando em melhorias nas propriedades eletroquímicas do material composto, incluindo menor resistência à transferência de carga, maior coeficiente de difusão e capacidade de carga. Além disso, análises espectroeletroquímicas foram realizadas para elucidar os mecanismos da reação de evolução do oxigênio (REO) catalisada pelo Ni(OH)₂ e avaliar as possíveis contribuições da fibroína. Com base nos resultados, foi possível propor um novo mecanismo de catálise da REO, destacando a importância de defeitos estruturais, como vacâncias de oxigênio, alinhado com descobertas recentes na literatura. Na presença da proteína, os catalisadores exibiram uma frequência de turnover (TOF) para geração de oxigênio (O₂) de 0,7 s⁻¹, superior aos 0,4 s⁻¹ observados para o Ni(OH)₂ puro. Esses achados sugerem que a fibroína tem um efeito estabilizante sobre intermediários críticos da REO, resultando em uma atividade catalítica superior.

hidróxido de níquel;fibroína;catálise, reação de evolução do oxigênio
The present study investigated the impact of silk fibroin on the structures and electrochemical properties of nickel hydroxide (Ni(OH)₂) using spectroelectrochemical techniques. Ni(OH)₂ is widely recognized as a key material in various technological applications, such as batteries, supercapacitors, and sensors. In response to the urgency of climate change and the pursuit of clean fuels, water electrolysishas been intensely studied. Consequently, there is a growing interest in developing efficient and economically viable catalysts for this reaction. In this context, Ni(OH)₂ has emerged as a promising material in recent research. The study aimed to understand whether the addition of fibroin, a protein derived from silk, could modify the structural and functional characteristics of Ni(OH)₂. Structural characterization of the materials using techniques such as X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), transmission electron microscopy (TEM), and atomic force microscopy (AFM) revealed a synergistic effect: the protein demonstrated the ability to stabilize α-Ni(OH)₂ nanoparticles (NPs), while the Ni(OH)₂ NPs induced a significant increase in the proportion of β-sheet crystalline domains in fibroin, resulting in enhanced electrochemical properties of the composite material, including reduced charge transfer resistance, increased diffusion coefficient, and higher charge capacity. Additionally, spectroelectrochemical analyses were conducted to elucidate the mechanisms of the OER catalyzed by Ni(OH)₂ and assess the potential contributions of fibroin. Based on the results, a new OER catalysis mechanism was proposed, highlighting the importance of structural defects such as oxygen vacancies, consistent with recent findings in the literature. In the presence of the protein, the catalysts exhibited an oxygen turnover frequency (TOF) of 0.7 s⁻¹, superior to the 0.4 s⁻¹ observed for Ni(OH)₂ without the protein. These findings suggest that fibroin has a stabilizing effect on critical OER intermediates, resulting in superior catalytic activity.
nickel hydroxide;silk fibroin;catalysis;oxygen evolution reaction
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
O trabalho possui divulgação autorizada
NMA - EDUARDO RUBEN DO NASCIMENTO.pdf

Contexto

NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS
-
CONVÊNIO FIAÇÃO DE SEDA BRATAC S.A (Proc. UFABC No. 23006.001268/2019-22)

Banca Examinadora

WENDEL ANDRADE ALVES
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
LUIZ FERNANDO CAPPA DE OLIVEIRA Participante Externo
WENDEL ANDRADE ALVES Docente - PERMANENTE
ROMULO AUGUSTO ANDO Participante Externo
ANDRE SANTAROSA FERLAUTO Docente - PERMANENTE
MAURICIO DOMINGUES COUTINHO NETO Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - Bolsa de Doutorado 12

Vínculo

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Sim
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