O desenvolvimento de catalisadores altamente eficientes para produção de H₂O₂ através da reação de redução do oxigênio (RRO) é crucial para viabilizar os processos electro-Fenton (EF) e fotoelectro-Fenton (FEF) para o tratamento de efluentes reais. O objetivo desta tese foi desenvolver e otimizar catalisadores com baixo teor de metais suportados em carbono Printex L6 (PL6C) para alcançar uma elevada seletividade na produção de H₂O₂ (S_H2O2). Além disso, esta tese também teve como objetivo avaliar a viabilidade da implementação de um novo modelo de eletrodo de difusão gasosa (EDG) aplicado em um reator de fluxo para o tratamento de efluentes reais contaminados. No Capítulo I foi desenvolvido um catalisador contendo um carregamento de <1% Pd sobre a matriz PL6C (Pd_1%/PL6C), que alcançou alta S_H2O2 (~90%) e um ganho de 320mV no início da reação em comparação com a matriz não modificada. Esse efeito foi devido ao baixo teor de metal e pelo grande espaçamento entre as nanopartículas de Pd, que evitaram o mecanismo de readsorção de H₂O₂, impedindo sua redução indesejada a H₂O. O Pd_1%/PL6C foi eficientemente aplicado para a remoção de 0,5 mmol L^-1 de metilparabeno em 8 minutos pelo processo FEF a j = 33,3 mA cm^-2 em escala laboratorial. No entanto, constatou-se que os grupos funcionais da matriz de carbono causaram um efeito de carga positiva parcial das NPs metálicas.Então, um suporte alternativo baseado em ZrO₂ disperso em PL6C foi desenvolvido no Capítulo II por meio de síntese hidrotérmica assistida por micro-ondas (MAH). O material composto por 5,1% de ZrO₂ (m/m) foi obtido na condição ótima da síntese MAH, exibindo 89% de S_H2O2. Além de ser estável em meio ácido, o material de suporte ZrO₂/PL6C apresentou um ganho de 140 mV no sobrepotencial do início da ORR. Assim, o uso de ZrO₂/PL6C como um substrato híbrido adequado para nanopartículas de metais nobres foi avaliado no Capítulo III. Em vez de Pd, foram usadas NPs de Au para facilitar o estudo da interação entre a nanopartículas e o suporte híbrido. O Au_ZrO₂/PL6C apresentou um excelente desempenho catalítico exibindo S_H2O2=97% com um ganho no início de reação de 350 mV em comparação com o PL6C puro. Nos ensaios de produção de H₂O₂, o EDG de Au_ZrO₂/PL6C alcançou 600 mg L^-1 em comparação a 374 mg L^-1 pelo Au/PL6C em j=50 mA cm^-2. O EDG de Au_ZrO₂/PL6C foi empregado com eficácia em reator de fluxo para a completa remoção de 10 mg L^-1 de Carbaryl contido em efluente real após 6 minutos usando o processo FEF. Embora efluentes reais contenham espécies sequestradoras de H₂O₂, o alto desempenho deste catalisador forneceu concentração suficiente de H₂O₂ para obter •OH homogêneo durante o processo FEF para a remoção completa do poluente. Portanto, espera-se que as contribuições apresentadas nesta tese possam contribuir para avanços futuros no desenvolvimento de materiais para a produção de H₂O₂ com alta eficiência que permita a viabilidade do tratamento de águas residuais utilizando tecnologia eletroquímica.

The design of highly efficient catalysts to produce hydrogen peroxide (H₂O₂) through oxygen reduction reaction (ORR) is crucial to make electro-Fenton (EF) and photoelectro-Fenton (FEF) processes feasible for real wastewater treatment. The aim of this thesis was to develop and optimize low metal catalysts supported on Printex L6 carbon (PL6C) to achieve high selectivity for the production of H₂O₂ (S_H2O2). The feasibility of a novel design of gas diffusion electrodes (GDE) operating at flow-by reactor for treating real effluents contaminated with pesticides was also aimed studied in this thesis. In Chapter I, a catalyst containing a <1 wt.% Pd loading modifying PL6C matrix (Pd_1%/PL6C) was developed, which achieved high S_H2O2 (~90%) and an overpotential gain at the onset reaction of 320 mV compared to the matrix unmodified. This effect was explained thanks to the low metal content and the large interparticle spacing of Pd nanoparticles that avoided the readsorption mechanism of H₂O₂. The Pd_1%/PL6C was efficiently applied for the removal of 0.5 mmol L^-1 of methylparaben in 8 minutes by the PEF process at j = 33.3 mAcm². However, it was noted that the functional groups of the carbon matrix had an effect on the partial positive charge of the metal nanoparticles. Then, an alternative support based on ZrO₂ dispersed in PL6C was developed in Chapter II through microwave assisted hydrothermal synthesis (MAH). The material consisting of 5.1wt.% ZrO₂ was obtained in the optimum condition of the MAH synthesis, exhibiting 88.8% of S_H2O2. Apart from being stable in acidic media, the ZrO₂/PL6C support material exhibited a 140 mV gain on the overpotential of ORR onset. Thus, the use of ZrO₂/PL6C as a hybrid substrate suitable for noble metal nanoparticles was evaluated in Chapter III as a catalyst for H₂O₂ production. Instead of Pd, Au nanoparticles were used in order to study the interaction between the noble metal nanoparticle and the hybrid support. The electrochemical results revealed that the Au_ZrO₂/PL6C showed excellent catalytic performance by showing a S_H2O2=97% with an early reaction onset of 350 mV compared to bare PL6C. For H₂O₂ production assays, the Au_ZrO₂/PL6C-modified GDE produced 600 mg L^-1 compared to 374 mg L^-1 for the Au/PL6C catalyst at j = 50 mA cm^-2, confirming its higher catalytic effectiveness. The Au_ZrO₂ GDE was also effectively applied in a continuous flow-by reactor for the complete removal of 10 mg L^-1 of Carbaryl contained in the real effluent after 6 minutes using the PEF process. Although the presence of H₂O₂ scavenger species on real wastewater, the high performance of the catalyst provided sufficient H₂O₂ concentration to achieve homogeneous •OH for the complete removal of the pollutant. Therefore, it is expected that the contributions present in this thesis can contribute to further advances in the development of materials and systems for producing high-efficiency H₂O₂ that enables wastewater treatment by using electrochemical technology.