Estudo de primeiros princípios das perovskitas Pr1-xSrxCrO3-δ : aplicação em células a combustível do tipo Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs)
First principles study of Pr1-xSrxCrO3-δ perovskites: Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs) applications
| dc.contributor | Borges, Pablo Damasceno | |
| dc.contributor | http://lattes.cnpq.br/8217808735955671 | |
| dc.contributor | Pinto, Frederico Garcia | |
| dc.contributor | Tronto, Jairo | |
| dc.creator | Peres, Mário Henrique Nunes | |
| dc.date | 2021-05-04T12:56:02Z | |
| dc.date | 2021-05-04T12:56:02Z | |
| dc.date | 2020-02-17 | |
| dc.date.accessioned | 2023-09-27T20:55:44Z | |
| dc.date.available | 2023-09-27T20:55:44Z | |
| dc.identifier | PERES, Mário Henrique Nunes. Estudo de primeiros princípios das perovskitas Pr1-xSrxCrO3-δ : aplicação em células a combustível do tipo Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs). 2020. 83 f. Dissertação (Mestrado em Multicêntrico em Química) - Universidade Federal de Viçosa, Rio Paranaíba. 2020. | |
| dc.identifier | https://locus.ufv.br//handle/123456789/27741 | |
| dc.identifier.uri | https://repositorioslatinoamericanos.uchile.cl/handle/2250/8951057 | |
| dc.description | A busca por novas formas de geração de energia limpa tem impulsionado a pesquisa em novos materiais para a fabricação de células a combustível. O fato de produzirem energia elétrica a partir da reação química de oxirredução entre oxigênio e hidrogênio, sem a necessidade de uso de combustíveis fósseis e a geração de gases nocivos, tornam as células a combustível fortes candidatas para aplicações tecnológicas em energia. Entre elas está a célula a combustível de óxido sólido (SOFCs). As perovskitas estão entre os materiais promissores para a fabricação de catodos para compor as SOFCS. Como é sabido o catodo dessas células faz a interface entre o eletrólito e o comburente, geralmente o gás oxigênio. E um de seus principais papéis é conduzir os elétrons e catalizar a redução do O 2 . A vacância de oxigênio nas perovskitas óxidas tem papel fundamental na otimização desse processo. Este trabalho apresenta o estudo sistemático das propriedades estruturais, eletrônicas, magnéticas, e termodinâmicas das perovskitas cúbicas Pr 1-x Sr x CrO 3-δ , para x = 0, 0,25 e 1, e δ = 0 e 0,042. Suas propriedades foram analisadas a partir de cálculos de primeiros princípios baseados na teoria DFT (Teoria do Funcional da Densidade), implementada no pacote VASP (Vienna Ab- initio Simulation Package). Foram utilizadas, para o termo de troca-correlação, a aproximação GGA-PBE, incluindo a correção onsite de Hubbard (U), além do funcional híbrido HSE06. Utilizando do método de supercélula foi possível promover a introdução de vacância de oxigênio (V O ) nas estruturas. Dentre todos os sistemas com V O , o sistema 1, SrCrO 2,958 foi o que apresentou a menor energia de formação, igual a 0,339 eV. Para o sistema 2, PrCrO 3 , foi o bandgap de energia foi determinado igual a 3,05 eV, com desvio relativo de 5,9% com relação ao valor experimental presente na literatura, para a fase ortorrômbica. A vacância de oxigênio foi estudada no sistema 3, Pr 0,75 Sr 0,25 CrO 2.958, considerando as configurações C1, C2 e C3. A vacância de oxigênio na configuração C3 foi a mais favorável, ou seja, apresentou a menor energia de formação. Para todos os sistemas foram determinados, a partir da análise do momento magnético, os estados de oxidação dos elementos Pr e Cr. No caso dos sistemas SrCrO 3-δ , PrCrO 3-δ e Pr 0,75 Sr 0,25 CrO 3-δ , foram obtidos os estados respectivamente, Cr 4+ , Cr 3+ e Pr 3+ e Cr 3+ e Pr 3+ . Palavras-chave: Perovskitas. Ab initio. Células a Combustível. SOFC. | |
| dc.description | The search for new materials has been driven by the demand to generate green energy for fuel cells technology application. Fuel cell electrical energy from the chemical oxidation-reduction reaction (redox) between oxygen and hydrogen, without to use fossil fuels and toxic gases liberation, becomes these devices potential candidates for application in green energy. Among them the solid oxide fuel cell (SOFCs) is highlighted. Perovskites has been shown as potential materials to produce SOFCS. As is well known, the cathode is responsible to do an interface between electrolyte and the oxidizer, such as an oxygen gas. Among its main roles is to conduct electrons and catalyze the reduction of O 2 . The presence of the oxygen vacancy (V O ) in the oxide perovskites structure has a fundamental role to optimize that process. Indeed, this work presents the systematic study of the electronic, magnetic and thermodynamics properties of the cubic perovskites Pr 1-x Sr x CrO 3-δ , for x = 0, 0.25 and 1, and for δ = 0 and 0.042. All properties were performed from ab initio calculations based on the DFT (Density Functional Theory) implemented in the VASP code (Vienna Ab-initio Simulation Package). GGA-PBE approximation and hybrid functional (HSE06) were considered to exchange-correlation term. Also, the onsite Hubbard (U) was take into account. The supercell method was implemented in order to simulate the oxygen vacancy in the crystal structures. Among all systems with V O , the SrCrO 2.958 presented the lowest formation energy, equals to 0.339 eV. From HSE06 calculations the bandgap energy was obtained for the structure PrCrO 3 , equal to 3.05 eV with a relative deviation of 5.9% considering an experimental value from literature, determined from orthorhombic phase. The Pr 0.75 Sr 0.25 CrO 2.958 structures were studied in configurations C1, C2 and C3, where C3. The oxygen vacancy in the C3 configuration was the most favorable, that is, it presented the lowest formation energy. From magnetic moment analysis the oxidation states of the elements Pr and Cr were obtained. Respectively it was observed for SrCrO 3-δ , PrCrO 3-δ and Pr 0.75 Sr 0.25 CrO 3-δ oxidation states equals to Cr 4+ , Cr 3+ and Pr 3+ and Cr 3+ and Pr 3+ . Keywords: Perovskites. Ab initio. Fuel Cells. SOFC. | |
| dc.format | application/pdf | |
| dc.language | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal de Viçosa | |
| dc.rights | Acesso Aberto | |
| dc.subject | Perovskitas | |
| dc.subject | Ab initio | |
| dc.subject | Células a combustível | |
| dc.subject | SOFC | |
| dc.subject | Física da Matéria Condensada | |
| dc.title | Estudo de primeiros princípios das perovskitas Pr1-xSrxCrO3-δ : aplicação em células a combustível do tipo Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs) | |
| dc.title | First principles study of Pr1-xSrxCrO3-δ perovskites: Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs) applications | |
| dc.type | Dissertação |