DEFESA DE TESE DE RAPHAEL DE SOUZA DOS SANTOS

DEFESA DE TESE DE DOUTORADO

TÍTULO:

“FABRICAÇÃO DE SUPERCAPACITORES ASSIMÉTRICOS DE ALTA PERFORMANCE BASEADO EM DIFERENTES ÓXIDOS METÁLICOS DE TRANSIÇÃO DOPADOS COM NANOFOLHAS DE NITRETO DE CARBONO GRAFÍTICO”

RAPHAEL DE SOUZA DOS SANTOS

Com o imponente desenvolvimento tecnológico e a vasta exploração de diferentes formas de geração de energia elétrica, houve a necessidade do desenvolvimento de dispositivos armazenadores de energia mais versáteis e eficientes. Os supercapacitores enquadram-se de maneira promissora nessa lacuna e têm sido o foco de diversas instituições de pesquisa ao redor do mundo. Com isso, este trabalho tem como objetivo demonstrar a fabricação de diferentes eletrodos revestidos com óxidos metálicos de transição dopados com g-C₃N₄, a fim de construir supercapacitores com boa performance eletroquímica, armazenamento de energia e eficiência.

A síntese de cinco diferentes óxidos metálicos foi realizada neste trabalho, com o intuito de fabricarmos materiais promissores para revestimento de eletrodos. Empregamos diferentes técnicas de análise, tais como: Voltametria Cíclica, Carga-Descarga Galvanostática e Espectroscopia de Impedância Eletroquímica, Difração por Raio-X, Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier e Microscopia Eletrônica de Varredura por Emissão de Campo. A síntese de óxido de metal de transição (M = Cu, Mn, Co, Ni, Fe) dopado com nitreto de carbono grafítico (g-C₃N₄) foi realizada por polimerização térmica. O g-C₃N₄ foi usado para aumentar a área de superfície do revestimento, e isso resultou na melhor aderência dos óxidos metálicos, fornecendo mais locais eletroativos para a reação Faradaica.

De acordo com os resultados apresentados, o nitreto de carbono grafítico com óxido de níquel (g-C₃N₄/NiO) demonstrou a mais alta capacitância específica (815,6 F/g), com uma boa estabilidade cíclica em diferentes taxas de varredura, bem como a maior eficiência Coulômbica (85%) em 0,5 A/g entre os cinco eletrodos analisados. O desempenho eletroquímico do eletrodo revestido com óxido de ferro (g-C₃N₄/Fe₂O₃) apresentou ótima capacitância (697,5 F/g) em comparação aos outros quatro eletrodos revestidos. O eletrodo de óxido de cobalto (g-C₃N₄/CoO) e manganês (g-C₃N₄/Mn₃O₂) alcançaram 458,3 e 436,3 F/g, respectivamente, e o óxido de cobre (g-C₃N₄/CuO) atingiu 154,5 F/g. Todos os cinco eletrodos revestidos obtiveram bons valores de eficiência coulômbica. A análise por Espectroscopia de Impedância demonstrou, através do diagrama de Nyquist, que os cinco eletrodos com os óxidos metálicos apresentaram capacidade de armazenamento (ou retenção) de cargas coerentes com a literatura de supercapacitores. Todos os eletrodos utilizaram a mesma concentração de 6 mols de KOH como eletrólito para que as análises eletroquímicas fossem realizadas. De maneira geral, os resultados revelam que os eletrodos revestidos de nitreto de carbono grafítico com óxido de metal são promissores na aplicação de supercapacitores, apresentando boas características eletroquímicas.

Banca Examinadora composta pelos Doutores:

Profa. Dra. Ana Lucia Ferreira de Barros, Orientador, CEFET/RJ

Profa. Dra. Lilian Ferreira de Senna, UERJ

Prof. Dr. Elivelton Alves Ferreira, UFF

Prof. Dr. Leandro Marques Samyn, CEFET/RJ

Prof. Dr. Diego Barreto Haddad, CEFET-RJ

Local e data: 27 de junho de 2023 às 09h00 - Quinta-feira, na Sala de aula online – Plataforma Teams.

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