dissertação

Desenvolvimento de eletrodos para supercapacitores eletroquímicos a partir de biomassa de Saccharomyces Cerevisiae ancorada com nanopartículas metálicas biossíntetizadas

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Arquivo retido a pedido da autoria, até outubro de 2027.

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Universidade Federal de Lavras

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Instituto de Ciências Naturais (ICN)

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Programa de Pós-Graduação

Programa de Pós-Graduação em Agroquímica

Agência de fomento

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Tipo de impacto

Tecnológico

Áreas Temáticas da Extensão

Meio ambiente
Tecnologia e produção

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

ODS 7: Energia limpa e acessível
ODS 9: Indústria, inovação e infraestrutura

Dados abertos

Resumo

O aumento global do consumo de energia e a predominância de combustíveis fósseis têm intensificado problemas relacionados à escassez de recursos naturais, à poluição ambiental e ao aquecimento global. Nesse cenário, cresce o interesse por fontes renováveis e por sistemas eficientes de armazenamento de energia. Os supercapacitores eletroquímicos destacam-se por sua elevada densidade de potência, longa vida útil e reduzido impacto ambiental. Entre os materiais empregados na fabricação de seus eletrodos, os carbonos derivados de biomassa têm despertado interesse por aliarem desempenho eletroquímico e sustentabilidade. Nesse contexto, a biomassa fúngica, especialmente a levedura Saccharomyces cerevisiae, apresenta potencial devido ao rápido crescimento, ampla disponibilidade e capacidade de atuar na biossíntese de nanopartículas metálicas (NPsM). Assim, este trabalho teve como objetivo realizar a biossíntese de nanopartículas de prata (NPsAg), ouro (NpsAu) e bimetálicas de prata/ouro (NPsAg/Au) utilizando biomassa de Saccharomyces cerevisiae, visando à obtenção de materiais carbonáceos com NPsM ancoradas para aplicação em eletrodos de supercapacitores eletroquímicos. A estratégia proposta busca integrar, em uma única abordagem, a biossíntese das NPsM e sua incorporação à biomassa, como alternativa a métodos convencionais que podem demandar maior consumo energético e o uso de reagentes potencialmente tóxicos. Os resultados confirmaram a formação das NPsM por espectroscopia UV-Vis, com bandas de ressonância plasmônica de superfície em 410 nm para NPsAg e 545 nm para NpsAu. Para o material contendo NPsAg/Au, foi observada banda em 554 nm, com deslocamento para 543 nm ao longo do processo biossintético. As análises de difração de raios X evidenciaram picos em 38,50°, 44,18°, 64,76° e 77,80°, atribuídos aos planos cristalográficos (111), (200), (220) e (311), enquanto a espectroscopia por dispersão de energia confirmou a presença de Ag e Au nos respectivos materiais. As micrografias de microscopia eletrônica de transmissão revelaram nanopartículas com tamanhos entre 25 e 80 nm. As análises termogravimétricas indicaram rendimentos finais de material carbonáceo de 5,70%, 5,80%, 12,70% e 17,80% para as amostras sem NPs, com NPsAg, NpsAu e NPsAg/Au, respectivamente. Na avaliação eletroquímica por voltametria cíclica, os materiais contendo NPsAg, NpsAu e NPsAg/Au apresentaram capacitâncias específicas máximas de 466,00, 382,00 e 395,00 F g⁻¹, respectivamente, correspondendo a aumentos de 202,06%, 134,36% e 156,49% em relação ao material sem NPs. Nos ensaios de carga e descarga galvanostática, as retenções de capacitância após 1000 ciclos foram de 88,94%, 83,01% e 94,50%, respectivamente. Os resultados evidenciam o potencial da biomassa de S. cerevisiae como plataforma sustentável para a biossíntese de NPsM e obtenção de materiais carbonáceos avançados aplicáveis ao desenvolvimento de eletrodos para supercapacitores eletroquímicos.

Abstract

The global increase in energy consumption and the predominance of 9léctr fuels have intensified problems related to the scarcity of natural resources, environmental pollution, and global warming. In this 9léctron, interest in renewable energy sources and 9léctron9 energy storage systems has been growing. Electrochemical supercapacitors stand out due to their high power density, long cycle life, and low environmental impact. Among the materials used for electrode fabrication, biomass-derived carbons have attracted attention because they combine electrochemical performance and sustainability. In this 9léctron, fungal biomass, particularly the yeast Saccharomyces cerevisiae, shows potential due to its rapid growth, wide availability, and ability to mediate the biosynthesis of metallic nanoparticles (MNPs). Therefore, this study aimed to perform the biosynthesis of silver nanoparticles (AgNPs), gold nanoparticles (AuNPs), and bimetallic silver/gold nanoparticles (Ag/AuNPs) using S. cerevisiae biomass, aiming to obtain carbonaceous materials with anchored MNPs for application in electrochemical supercapacitor electrodes. The proposed strategy seeks to integrate MNP biosynthesis and their incorporation into the biomass within a single approach, as an alternative to conventional methods that may require higher energy consumption and the use of potentially toxic 9léctron9. The results confirmed the formation of MNPs by UV-Vis spectroscopy, with surface plasmon resonance bands at 410 nm for AgNPs and 545 nm for AuNPs. For the material containing Ag/AuNPs, a band was observed at 554 nm, shifting to 543 nm throughout the biosynthetic process. X-ray diffraction analyses revealed peaks at 38.50°, 44.18°, 64.76°, and 77.80°, assigned to the (111), (200), (220), and (311) crystallographic planes, respectively, while energy-dispersive X-ray spectroscopy confirmed the presence of Ag and Au in the respective materials. Transmission 9léctron microscopy micrographs revealed nanoparticles ranging from 25 to 80 nm. Thermogravimetric analyses indicated final carbonaceous material yields of 5.70%, 5.80%, 12.70%, and 17.80% for the samples without NPs, with AgNPs, with AuNPs, and with Ag/AuNPs, respectively. In the electrochemical evaluation by cyclic voltammetry, the materials containing AgNPs, AuNPs, and Ag/AuNPs exhibited maximum specific capacitances of 466.00, 382.00, and 395.00 F g⁻¹, respectively, corresponding to increases of 202.06%, 134.36%, and 156.49% compared with the material without NPs. In galvanostatic chargedischarge tests, capacitance retentions after 1000 cycles were 88.94%, 83.01%, and 94.50%, respectively. These results demonstrate the potential of S. cerevisiae biomass as a sustainable platform for the biosynthesis of MNPs and the production of advanced carbonaceous materials for the development of electrochemical supercapacitor electrodes

Keywords

Descrição

Área de concentração

Química/Bioquímica

Linha de pesquisa

Eletroquímica

Agência de desenvolvimento

Marca

Objetivo

Procedência

Impacto da pesquisa

Resumen

ISBN

DOI

Citação

BORTOLO, Vitor Hugo Marques. Desenvolvimento de eletrodos para supercapacitores eletroquímicos a partir de biomassa de Saccharomyces Cerevisiae ancorada com nanopartículas metálicas biossíntetizadas. 2026. 81 p. Dissertação (Mestrado em Agroquímica) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.

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