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Desenvolvimento de catalisadores multifuncionais para substituir a Pt para reações de oxidação de combustíveis em células a combustível de baixa temperatura visando produção de energia ambientalmente adequada

Processo: 13/50206-4
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Regular
Vigência: 01 de outubro de 2013 - 31 de dezembro de 2016
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química
Convênio/Acordo: IUPAC
Pesquisador responsável:Hebe de las Mercedes Villullas
Beneficiário:Hebe de las Mercedes Villullas
Pesq. responsável no exterior: Rongrong Chen
Instituição no exterior: Indiana University, Estados Unidos
Pesq. responsável no exterior: Shi-Gang Sun
Instituição no exterior: Xiamen University (XMU), China
Instituição-sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Araraquara. Araraquara , SP, Brasil
Assunto(s):Catálise  Combustíveis alternativos  Células de combustível  Oxidação  Metais 

Resumo

A geração de energia ambientalmente adequada traz novos desafios científicos e tecnológicos. Dentre os vários sistemas alternativos para produção de energia, as células a combustível são particularmente atrativas porque permitem a conversão de energia química em eletricidade de forma limpa e eficiente. Atualmente, os catalisadores mais ativos para a oxidação de combustíveis como hidrogênio, metanol e etanol são a Pt e materiais a base de Pt, que são muito caros para a produção de energia com preços acessíveis. O desenvolvimento de catalisadores para as reações de oxidação das células a combustível a base de materiais mais baratos é necessário. A proposta objetiva desenvolver novos catalisadores multifuncionais para substituir a Pt para oxidar os combustíveis nas células por meio de esforços colaborativos de eletroquímicos de Brasil, Estados Unidos e China. Especificamente, combinando medições eletroquímicas com caracterizações espectroscópicas in situ, simulações (Teoria de densidade funcional - DFT) e testes em células a combustível, a equipe internacional se focará no estudo dos mecanismos das reações de oxidação de hidrogênio, metanol e etanol (HORs, MORs e EORs) em vários catalisadores, tanto em meio ácido quanto em meio alcalino. Através da compreensão de como as estruturas superficial e eletrônica afetam a cinética de reação de HORs, MORs e EORs em meio ácido versus meio alcalino, novos catalisadores multifuncionais a base de materiais de baixo custo (como Pd, Ni e outros elementos abundantes) com atividades para HORs, MORs e EORs comparáveis às de catalisadores a base de Pt serão desenhados e caracterizados. Por exemplo, a formação de ligas de Pd com metais de transição irá induzir mudanças estruturais que alterem as características eletrônicas dos sítios ativos de Pd na superfície e a disponibilidade de espécies oxigenadas na superfície do catalisador necessárias para oxidar álcoois e seus fragmentos. Os efeitos das propriedades eletrônicas na reatividade também será investigado variando-se as interações metal-suporte. A execução exitosa do projeto proposto proporcionará novos catalisadores a base de metais não-preciosos viáveis para oxidar combustíveis em células a combustível bem como uma maneira de produzir energia numa forma ambientalmente adequada. (AU)

Publicações científicas
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
GUO, JUNSONG; CHEN, RONGRONG; ZHU, FU-HUN; SUN, SHI-GANG; VILLULLAS, HEBE M. New understandings of ethanol oxidation reaction mechanism on Pd/C and Pd2Ru/C catalysts in alkaline direct ethanol fuel cells. APPLIED CATALYSIS B-ENVIRONMENTAL, v. 224, p. 602-611, MAY 2018. Citações Web of Science: 30.
ALVARENGA, GABRIEL M.; COUTINHO GALLO, IRA B.; VILLULLAS, HEBE M. Enhancement of ethanol oxidation on Pd nanoparticles supported on carbon-antimony tin oxide hybrids unveils the relevance of electronic effects. JOURNAL OF CATALYSIS, v. 348, p. 1-8, APR 2017. Citações Web of Science: 19.
GODOI, DENIS R. M.; VILLULLAS, HEBE M.; ZHU, FU-CHUN; JIANG, YAN-XIA; SUN, SHI-GANG; GUO, JUNSONG; SUN, LILI; CHEN, RONGRONG. A comparative investigation of metal-support interactions on the catalytic activity of Pt nanoparticles for ethanol oxidation in alkaline medium. Journal of Power Sources, v. 311, p. 81-90, APR 15 2016. Citações Web of Science: 25.

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