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https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/5952
Tipo do documento: | Dissertação |
Título: | SÍNTESE HIDROTERMAL DE NANOFIOS BINÁRIOS DE Mn E Co: ESTUDO DO EFEITO DA COMPOSIÇÃO NO ARMAZENAMENTO ELETROQUÍMICO DE ENERGIA |
Título(s) alternativo(s): | HYDROTHERMAL SYNTHESIS OF Mn AND Co BINARY NANOWIRES: STUDY OF THE EFFECT OF COMPOSITION ON ELECTROCHEMICAL ENERGY STORAGE |
Autor: | EDUARDO, Samuel da Silva ![]() |
Primeiro orientador: | GARCIA, Marco Aurélio Suller |
Primeiro membro da banca: | GARCIA, Marco Aurélio Suller |
Segundo membro da banca: | ALCÂNTARA, Ana Clécia Santos de |
Terceiro membro da banca: | DOURADO, André Henrique Baraldi |
Resumo: | Os efeitos climáticos provocados pelos combustíveis fósseis destacaram a necessidade de buscar por fontes de energia que sejam limpas e renováveis, como a energia eólica e solar. Tão crucial quanto essa busca é o desenvolvimento de dispositivos capazes de armazenar a energia gerada por essas fontes. Nesse contexto, os supercapacitores (SCs) baseados em óxidos de manganês e cobalto destacam-se como materiais promissores para o armazenamento de energia. Neste sentido, o presente estudo teve como objetivo a síntese de nanofios de óxido de manganês, em sua forma pura quanto dopada com cobalto em diferentes concentrações de Co (0,4, 1,4, 3,1 e 5,7% em peso), por meio do método hidrotermal. Os nanofios foram estudados quanto à sua aplicação como materiais ativos em supercapacitores, com o objetivo de melhorar a eficiência desses dispositivos. Por meio das técnicas de Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) e Microscopia Eletrônica de Transmissão de Alta Resolução (METAR), observou-se a formação dos nanofios de óxido de manganês puro, exibindo uma morfologia bem definida e uniforme, com uma largura de 44 nm e comprimento superior a 1 μm. Entretanto, os nanofios de dopados apresentaram dimensões definidas e uniformes, variando de 35 a 19 nm. A técnica de DRX foi empregada para avaliar as estruturas dos nanomateriais, enquanto a técnica de ICP-OES confirmou as concentrações de cobalto nos nanofios de MnOx. A análise de XPS, revelou o efeito da dopagem com Co na relação Mn(IV)/Mn(III), pois essa relação mostrou uma correlação direta com a quantidade de Co presente (maior quantidade de Co resultou em uma proporção maior de Mn(IV)/Mn(III)), evidenciando o papel crucial do Co na regulação dos estados de oxidação nesses materiais. Destaca-se que uma amostra contendo 1,4% em peso de cobalto nos nanofios demonstrou uma notável capacitância específica de 3204 F g-1 a uma densidade de corrente de 1 A g-1. O eletrodo com 1,4% em peso apresentou uma retenção da capacitância específica de 92,02% ao longo de 5000 ciclos de carga e descarga. O supercapacitor assimétrico derivado desses materiais alcançou uma densidade máxima de energia de 48,08 Wh kg-1 e uma densidade máxima de potência de 2339,02 W kg-1, indicando seu potencial como material de destaque para aplicação em supercapacitores de alto desempenho. Os resultados da caracterização validaram a eficácia da dopagem, enquanto as técnicas eletroquímicas confirmaram a aplicação do Co-MnOx (1,4% Co) no processo de armazenamento de energia. |
Abstract: | The climate effects caused by fossil fuels have highlighted the need to search for energy sources that are clean and renewable, such as wind and solar energy. As crucial as this search is the development of devices capable of storing the energy generated by these sources. In this context, supercapacitors (SCs) based on manganese and cobalt oxides stand out as promising materials for energy storage. In this sense, the present study aimed to synthesize manganese oxide nanowires, in its pure form and doped with cobalt in different concentrations of Co (0.4, 1.4, 3.1 and 5.7 wt.%), using the hydrothermal method. Nanowires were studied for their application as active materials in supercapacitors, with the aim of improving the efficiency of these devices. Using Transmission Electron Microscopy (TEM) and High-Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM) techniques, the formation of pure manganese oxide nanowires was observed, exhibiting a well-defined and uniform morphology, with a width of 44 nm and length greater than 1 μm. However, the doped nanowires had defined and uniform dimensions, ranging from 35 to 19 nm. The XRD technique was used to evaluate the structures of the nanomaterials, while the ICP-OES technique confirmed the cobalt concentrations in the MnOx nanowires. The XPS analysis revealed the effect of Co doping on the Mn(IV)/Mn(III) ratio, as this relationship showed a direct correlation with the amount of Co present (a greater amount of Co resulted in a greater proportion of Mn( IV)/Mn(III)), highlighting the crucial role of Co in regulating oxidation states in these materials. It is noteworthy that a sample containing 1.4 wt.% cobalt in the nanowires demonstrated a remarkable specific capacitance of 3204 F g- 1 at a current density of 1 A g-1. The electrode with 1.4 wt.% by weight showed a specific capacitance retention of 92.02% over 5000 charge and discharge cycles. The asymmetric supercapacitor derived from these materials achieved a maximum energy density of 48.08 Wh kg-1 and a maximum power density of 2339.02 W kg-1, indicating its potential as a prominent material for application in high-performance supercapacitors. The characterization results validated the effectiveness of doping, while electrochemical techniques confirmed the application of Co-MnOx (1.4 wt.% Co) in the energy storage process. |
Palavras-chave: | Supercapacitores; Nanofios; MnO2; Dopagem; Armazenamento de energia e Cobalto Supercapacitors; Nanowires; MnO2; Doping; Energy storage and Cobalt |
Área(s) do CNPq: | Medição, Controle, Correção e Proteção de Sistemas Elétricos de Potência |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade Federal do Maranhão |
Sigla da instituição: | UFMA |
Departamento: | DEPARTAMENTO DE QUÍMICA/CCET |
Programa: | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA/CCET |
Citação: | EDUARDO, Samuel da Silva. Síntese hidrotermal de nanofios binários de Mn e Co: Estudo do efeito da composição no armazenamento eletroquímico de energia. 2024. 71 f. Dissertação( Programa de Pós-graduação em Química/CCET) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2024. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/5952 |
Data de defesa: | 23-Fev-2024 |
Aparece nas coleções: | DISSERTAÇÃO DE MESTRADO - PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUIMICA |
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Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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SAMUEL DA SILVA EDUARDO.pdf | Dissertação de Mestrado | 3,11 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar |
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