A produção de amoníaco (NH₃) é essencial para o desenvolvimento humano, uma vez que constitui um precursor fundamental na fabricação de fertilizantes sintéticos, produtos químicos e no armazenamento de hidrogénio. Atualmente, o NH₃ é produzido através do processo Haber-Bosch (H-B). O desenvolvimento de alternativas sustentáveis ao processo H-B contribuirá de forma significativa para os objetivos climáticos, de proteção ambiental e de eficiência energética do Plano 2030 da União Europeia.
A redução eletroquímica do azoto molecular (eNRR) para a produção de NH₃ é atualmente uma das vias mais promissoras. Esta metodologia permite a conversão direta de N₂ e água em NH₃ à temperatura e pressão ambiente, sem emissões de CO₂. Devido às suas propriedades óticas únicas, uma estratégia inovadora para melhorar a eNRR consiste na utilização de nanopartículas (NP) plasmónicas metálicas como eletrocatalisadores. A excitação dos eletrões de superfície ocorre através da iluminação dos substratos plasmónicos, gerando ressonância plasmónica de superfície localizada (LSPR). A LSPR fornece uma fonte adicional de eletrões de alta energia ao sistema eletrocatalítico, podendo aumentar a eficiência e melhorar a seletividade para a formação de NH₃. Esta combinação plasmónica-eletroquímica é designada por Catálise Assistida por Plasmão.
Esta investigação tem como objetivo conceber, sintetizar e caracterizar nanopartículas plasmónicas de Au, Cu e ligas Au/Cu, de modo a maximizar a sua atividade como eletrocatalisadores para a eNRR. A síntese de nanopartículas com diferentes morfologias será realizada através de diversos métodos químicos e hidrotermais. A avaliação da atividade eletrocatalítica será efetuada numa célula eletroquímica do tipo H, sendo os diferentes eletrocatalisadores sintetizados suportados em elétrodos de carbono como elétrodo de trabalho.
A atividade e a estabilidade dos materiais serão igualmente avaliadas utilizando eletrólitos aquosos e líquidos iónicos. Adicionalmente, será realizada a monitorização em tempo real do processo eletroquímico e a determinação do mecanismo da eNRR através de técnicas espectroeletroquímicas in situ (SEIRAS, SERS).
