Síntese e caracterização de chumbo

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12531 (2023) Citar este artigo

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Estruturas metálicas orgânicas (MOFs) são uma classe de materiais porosos caracterizados por ligações robustas entre ligantes orgânicos e íons metálicos. Estruturas metal-orgânicas (MOFs) exibem características significativas, como alta porosidade, extensa área superficial e excepcional estabilidade química, desde que os componentes constituintes sejam meticulosamente selecionados. Uma estrutura metal-orgânica (MOF) contendo chumbo e ligantes derivados do ácido 4-aminobenzóico e 2-carboxibenzaldeído foi sintetizada usando a metodologia sonoquímica. Os cristais produzidos foram submetidos a diversas técnicas analíticas, como espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), difração de raios X em pó (PXRD), microscopia eletrônica de varredura (MEV), raios X por energia dispersiva (EDX), Brunauer-Emmett. –Teller (BET) e análise térmica. A análise BET produziu resultados indicando que uma área de superfície foi de 1.304,27 m2 g-1. O volume total de poros foi estimado em 2,13 cm3 g-1 com tamanho médio de poros de 4,61 nm, tornando-os altamente vantajosos para uma ampla gama de aplicações práticas. A atividade do eletrodo Pb-MOF modificado foi empregada em aplicações de divisão de água. O eletrodo atingiu a densidade de corrente de 50 mA cm-2 com um sobrepotencial de -0,6 V (vs. RHE) para evolução de hidrogênio, e 50 mA cm-2 com um sobrepotencial de 1,7 V (vs. RHE) para evolução de oxigênio.

A reação de evolução do hidrogênio (HER) é um processo que produz gás hidrogênio a partir da água através da aplicação de uma corrente elétrica. O hidrogênio é um transportador de energia limpa e renovável que pode ser usado para diversas aplicações, como células de combustível, geração de energia e síntese química1,2,3,4,5,6,7. O HER reduz a dependência dos combustíveis fósseis, que são as principais fontes de emissões de gases com efeito de estufa e de poluição atmosférica8. Ao utilizar a água como matéria-prima, o HER evita a extração e o transporte de combustíveis fósseis, que têm efeitos negativos nos ecossistemas e na saúde humana. Além disso, o HER permite a integração de fontes de energia renováveis, como a solar e a eólica, no sistema energético9. As fontes de energia renováveis ​​são intermitentes e variáveis, o que coloca desafios à estabilidade e ao armazenamento da rede. Ao converter o excesso de eletricidade renovável em hidrogénio10. O HER pode equilibrar a oferta e a demanda de eletricidade e armazenar energia para uso posterior. Além disso, o HER apoia o desenvolvimento de uma economia circular, podendo utilizar águas residuais ou do mar como fontes de água, reduzindo assim o consumo de água doce e tratando as águas residuais. Além disso, o HER pode utilizar o dióxido de carbono como co-reagente para produzir combustíveis sintéticos ou produtos químicos, mitigando assim as emissões de carbono e criando produtos de valor acrescentado11,12. Portanto, o HER é uma tecnologia promissora que pode contribuir para a transição para uma sociedade sustentável e de baixo carbono13.

O processo eletrocatalítico é considerado uma técnica essencial e amplamente utilizada em diversas aplicações como sensores, células de combustível, células solares e aplicações de divisão de água . Uma das estratégias promissoras para a produção de combustível de hidrogênio limpo é a evolução eletrocatalítica do hidrogênio (EHE), que envolve a divisão de moléculas de água em hidrogênio e oxigênio usando uma corrente elétrica. No entanto, o EHE requer catalisadores eficientes e estáveis ​​que possam facilitar a reação em baixos sobrepotenciais e altas densidades de corrente . O considerável interesse em estruturas metal-orgânicas (MOFs) decorre de suas características excepcionais, incluindo uma grande área superficial, tamanho de poro ajustável, posicionamento preciso do metal e estrutura cristalina bem organizada, conforme relatado na literatura . Os materiais MOF são reconhecidos como catalisadores eletroquimicamente ativos que são amplamente empregados em aplicações eletroquímicas, como células de combustível, baterias de lítio 26,27,28, supercapacitores 29,30,31 e divisão de água 32,33. Isto está de acordo com estudos anteriores34,35,36. A utilização de MOF como substrato para a eletrooxidação da uréia tem sido relatada como eficaz na remoção da uréia. Isto é atribuído à extensa área superficial do substrato, abundância de locais de adsorção, capacidade proficiente de transferência de carga e notável cristalinidade, conforme documentado em estudos anteriores .