Flora do Semiárido Paraibano como Precursor Biotecnológico para Desevolvimento de Nanomateriais Funcionais

Autor: Giovani Luiz da Silva ( mestrando em Química/UFPB)

Autor correspondente: Dr. Fausthon Fred ( Prof. Adjunto III, Departamento de Química/UFPB)

A dependência de combustíveis fósseis está elevando a temperatura global, em resposta a ONU criou os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) para promover a sustentabilidade, incluindo a transição para energias limpas. O hidrogênio (H₂) é uma fonte promissora, mas sua produção sustentável enfrenta desafios, especialmente quando obtida através da eletrólise da água por meio da Reação de Evolução do Oxigênio (REA), essa exige um gasto energético alto, sendo necessário o uso de eletrocatalisadores eficientes. Catalisadores à base de metais de transição, como Óxido de níquel (NiO), possuem vasta abundância e eficiência, eles se apresentam como alternativas ao eletrocatalisadores comerciais à base de óxidos de rutênio (RuO₂) e irídio (IrO₂), que possuem elevado custo.

Recentemente, métodos sustentáveis ​​de síntese de nanopartículas usando fitoquímicos de plantas ganharam notoriedade. Esses processos utilizam compostos naturais para estabilizar nanopartículas, como NiO, que já apresentaram bom desempenho em aplicações eletrocatalíticas e farmacológicas. Neste estudo, propomos uma rota ecológica para sintetizar nanopartículas de NiO usando extrato de folhas de Salsa-brava (Ipomoea asarifolia), uma planta característica do semiárido paraibano e que é rica em agentes fitoquímicos e com propriedades anti-inflamatórias, dessa forma é possível contribuir para a produção de hidrogênio verde e ampliar o uso de materiais sustentáveis ​​em eletrocatálise.

As folhas da planta foram coletadas na estação seca (setembro a dezembro), elas foram lavadas e secas em temperatura ambiente para, posteriormente, seguir na produção dos extratos em meio aquoso e etanólico. Para os extratos aquosos usamos 20 g das folhas em 300 mL de água deionizada sob aquecimento durante 2 horas e com agitação mecânica, o líquido resultante foi filtrado e armazenado em geladeira, para os extratos em etanol seguimos o mesmo procedimento sem uso de aquecimento.

Uma solução diluída (1:10, 250 mL) do extrato aquoso foi preparada utilizando 25 mL do extrato bruto e água deionizada. Em seguida, 30 mL dessa solução diluída fora adicionada a um béquer com 1 g de nitrato de níquel hexahidratado. O sistema foi aquecido a 60°C sob agitação magnética até a evaporação do solvente. A massa resultante foi calcinada a 300°C por 2 horas em ar atmosférico para gerar as partículas de NiO, nomeamos essa amostra de NiO300H. Amostras diferentes foram obtidas alterando a temperatura de calcinação para 500°C (NiO500H) e 700°C (NiO700H). As amostras de NiO também foram obtidas seguindo a mesma metodologia utilizando a solução de extrato etanólico, sendo nomeadas como NiO300E, NiO500E e NiO700E. As amostras seguiram para caracterização e ensaios eletrocatalíticos em meio alcalino, ácido e neutro para verificar seu desempenho na OER.

Neste trabalho, seis eletrocatalisadores de NiO foram sintetizados utilizando solução aquosa ou extratos etanólicos de folhas de Ipomoea asarifolia, estudamos a influência tanto da temperatura quando do tipo de solvente na atividade eletrocatalítica na OER e concluímos que baixa temperatura de calcinação (amostras NiO300H e NiO300E) levaram a sobrepotenciais mais baixos, no entanto, temperaturas mais altas geraram eletrocatalisadores com cinética de reação mais favorável. Investigações em ambientes ácidos e neutros mostraram atividade moderada, quando comparado com materiais semelhantes à base de níquel na literatura. Os diferentes extratos e diferentes temperaturas impactou não apenas o desempenho eletrocatalítico, mas também a morfologia do material. Assim, a rota de síntese verde com extrato de planta, além de barata e viável, possibilitou a obtenção de eletrocatalisadores estáveis de alto desempenho. O estudo foi realizado na Universidade Federal da Paraíba (UFPB), Campus I.

Um dos principais benefícios da pesquisa é contribuir para a sociedade ao desenvolver uma rota de síntese sustentável e de baixo custo para eletrocatalisadores de NiO, utilizando extratos naturais de plantas. Essa abordagem não apenas reduz o uso de reagentes químicos e a dependência de métodos de propriedades tradicionais, mas também oferece uma alternativa ecológica para a produção de materiais que podem ser aplicados em tecnologias de geração de hidrogênio, promovendo uma transição para fontes de energia limpa. 

Resultados alcançados: Material com alto desempenho eletrocatalítico para produzir hidrogênio obtido por uma rota de síntese verde, simples e economicamente viável, utilizando de recursos naturais de fácil acesso e característicos do semiárido paraibano. A pesquisa durou 3 anos.

Equipe: Giovani Luiz da Silva, Johnnys da Silva Hortencio, João Pedro Gonçalves de Souza Soares, Annaíres de Almeida Lourenço, Rafael A. Raimundo, Rubens Teixeira De Queiroz, Daniel Araújo Macedo, Fausthon Fred da Silva.