Síntese de nanocatalisadores de paládio suportados em derivados do grafeno para produção de hidrogênio via decomposição do ácido fórmico

Abstract

O hidrogênio é considerado por muitos o vetor energético do futuro, capaz de desempenhar um papel de grande importância na descarbonização da matriz energética mundial. Entretanto, seu uso ainda é limitado devido a indisponibilidade de tecnologias de armazenamento mais eficazes e seguras comparadas as comercialmente disponíveis. Dentre as novas tecnologias de armazenamento e transporte de hidrogênio em desenvolvimento, o uso de líquidos orgânicos como containers moleculares de hidrogênio ganhou destaque nos últimos anos. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de nanocatalisadores a base de paládio suportado em derivados de grafeno e seu emprego na reação de desidrogenação do ácido fórmico (AF) para a produção de hidrogênio. Assim, o óxido de grafeno foi previamente preparado a partir do método de Hummers modificado, seguido da funcionalização com arginina (GO-ARG) e (3- aminopropil)trietoxisilano (GO- APTES). Estas amostras foram usadas como suportes para nanopartículas de paládio originando três sistemas catalíticos, Pd/rGO, Pd/ARG- rGO, Pd/APTES-rGO, que foram caracterizados por DRX, FTIR, MEV e EDS. Os resultados confirmaram a obtenção do óxido de grafeno e o sucesso da funcionalização com arginina e APTES, indicando também que a funcionalização proporcionou uma melhor dispersão e controle do tamanho das nanopartículas de paládio posteriormente depositadas nestes suportes. Além disso, de acordo com os dados obtidos por cromatografia gasosa, os dois catalisadores modificados apresentaram uma excelente seletividade para a rota de desidrogenação do ácido fórmico, inibindo completamente a formação de CO. Em contraste, o catalisador Pd/rGO apresentou um maior tamanho de nanopartícula metálica, o que afetou significativamente o desempenho deste sistema. Assim, dentre os três sistemas avaliados, o catalisador modificado com arginina apresentou o melhor resultado, produzindo um total de 78 mL de gás em 45°C (60 minutos de reação), com valor de energia de ativação aparente de 19,93 Kj.mol-1 e taxa de produção de hidrogênio equivalente a 65 mL.H2.min-1.g-1. Em testes de reciclagem, o catalisador apresentou atividade até o 4° ciclo reacional.