Tese

Using plasmonic excitation to enhance electrocatalytic processes (2024)

• Authors:
  • Germano, Lucas Dias
  • Torresi, Susana Inês Córdoba de (Orientador)
• Autor USP: GERMANO, LUCAS DIAS - IQ
• Unidade: IQ
• DOI: 10.11606/T.46.2024.tde-15052025-123049
• Subjects: ELETROQUÍMICA; REAÇÕES QUÍMICAS; NANOPARTÍCULAS; CONVERSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
• Keywords: Electrocatalysis; Eletrocatálise; Epoxidação de olefina; Nanoparticles; Nanopartículas; Olefin epoxidation; Oxygen evolution reaction; Plasmon; Plasmon; Reação de desprendimento de oxigênio
• Agências de fomento:
  • Financiamento FAPESP
  • Financiamento BEPE/FAPESP
  • Financiamento CNPq
  • Financiamento CAPES
• Language: Inglês
• Abstract: Atualmente há uma demanda por novas tecnologias e otimização de processos alternativos para geração e conversão de energia elétrica em detrimento da utilização de combustíveis fósseis. Uma das alternativas estudas é utilização de incidência de luz para potencializar processes eletroquímicos. Neste contexto, esta tese investiga o impacto da excitação plasmônica em reações eletroquímicas, baseando-se na influência dos mecanismos de relaxamento plasmônico. Ela se concentra em dois processos anódicos distintos: parte I - eletrossíntese de epóxido solúvel em água a partir da eletrooxidação de olefina (derivado sulfonado de estireno), e parte II - reação de desprendimento de oxigênio (em inglês, OER) usando diferentes eletrólitos. Embora todos os três principais mecanismos de relaxamento plasmônico não radiativo (geração de portadores quentes, intensificação de campo próximo e geração de calor) ocorram quase simultaneamente, o estudo demonstra que o design cuidadoso do sistema pode modular sua contribuição relativa. A proximidade das nanopartículas de ouro (Au NPs) aos intermediários da reação na superfície do eletrocatalisador afeta significativamente todos os mecanismos. As Au NPs atuam como coletores de luz, capturando luz e influenciando como a energia resultante é utilizada.Dessa forma, a parte I se concentra na geração e transferência de portadores quentes para moléculas vizinhas como a via preferencial da reação para a síntese de epóxidos. Essa ênfase se deve à acelerada formação de oxigênio e consumo de moléculas de olefina próxima aos centros plasmônicos devido à forte afinidade entre essas moléculas sulfonado e os átomos de ouro. No entanto, a contribuição da intensificação de campo próximo (influenciando principalmente as propriedades ópticas) e da geração de calor para a cinética geral da reação não podem ser totalmente descartadas. Por outro lado, a parte II investiga os efeitos do aquecimento induzido por plasmon na camada de solvatação dos cátions do eletrólito durante a oxidação da água. O efeito térmico resulta na expulsão de moléculas de água da camada de solvatação do Li+, levando a uma configuração semelhante à do Cs+ e potencialmente assemelhando seus comportamentos eletroquímicos.No entanto, novamente, as contribuições da intensificação de campo próximo e da geração de portadores quentes não podem ser totalmente descartadas. O último mecanismo, embora de curta duração, ainda pode desempenhar um papel neste caso. Como um tema recorrente em toda a literatura científica e reforçado por esta tese, existe uma sinergia poderosa entre a excitação plasmônica e a eletroquímica. Essa combinação oferece uma ferramenta versátil para conduzir, aprimorar, sondar e sintetizar diversas reações químicas e espécies. As implicações para o campo de energia são particularmente notáveis. Ao manipular a corrente elétrica foto-perturbada, que pode potencialmente ampliar ou alterar os mecanismos de reação, pode-se levar a avanços no campo de pesquisa sobre energia. Isso abre o caminho para o desenvolvimento de tecnologias de conversão de energia mais eficientes e sustentáveis
• Imprenta:
  • Publisher place: São Paulo
  • Date published: 2024
• Data da defesa: 23.09.2024


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Status:

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• ABNT

  GERMANO, Lucas Dias. Using plasmonic excitation to enhance electrocatalytic processes. 2024. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2024. Disponível em: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-15052025-123049/. Acesso em: 02 abr. 2026.

• APA

  Germano, L. D. (2024). Using plasmonic excitation to enhance electrocatalytic processes (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-15052025-123049/

• NLM

  Germano LD. Using plasmonic excitation to enhance electrocatalytic processes [Internet]. 2024 ;[citado 2026 abr. 02 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-15052025-123049/

• Vancouver

  Germano LD. Using plasmonic excitation to enhance electrocatalytic processes [Internet]. 2024 ;[citado 2026 abr. 02 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-15052025-123049/

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