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Investigação do mecanismo de eletro-oxidação do etanol em nanopartículas metálicas

Processo: 09/11073-3
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de março de 2010
Vigência (Término): 31 de março de 2013
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Pesquisador responsável:Fabio Henrique Barros de Lima
Beneficiário:Daniel Augusto Cantane
Instituição-sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:09/07629-6 - Eletrocatálise IV: aspectos fundamentais e aplicados dos processos eletrocatalíticos, bio-eletrocatálise e instabilidades cinéticas, AP.BIOEN.TEM
Assunto(s):Etanol   Nanopartículas metálicas

Resumo

A eletro-oxidação do etanol pela via direta, formando CO2 e H2O, envolve a transferência de 12 elétrons por molécula. Isso tem despertado grande interesse para sua aplicação como combustível em conversores de energia, tais como células a combustível. Para a oxidação total, é necessário a quebra das ligações C-H e C-C e a formação da ligação CO-O. Em eletrólito ácido, em eletrocatalisadores de Pt, a reação segue vias paralelas formando, principalmente, ácido acético e acetaldeído, sendo que dióxido de carbono é obtido somente em menor extensão, o que diminui drasticamente sua eficiência em células a combustível. Em eletrólito alcalino, tem-se presença de espécies oxigenadas adsorvidas na superfície do eletrocatalisador em baixos potenciais eletroquímicos, o que facilita a oxidação dos intermediários reacionais, mas ainda apresenta baixa eficiência para a oxidação total a CO2. Neste sentido, faz-se necessário avançar na compreensão do mecanismo de reação e o desenvolvimento de eletrocatalisadores que produzam a oxidação seletiva do etanol a CO2. Dentre os materiais estudados para aumentar a eficiência de sua oxidação em eletrólito ácido, tais como nanopartículas bimetálicas formadas por Pt-M (M = Ru, Rh, Sn, Mo e etc), somente a combinação com Rh tem mostrado um favorecimento da oxidação do etanol pela via direta e, no eletrólito alcalino, atividades catalíticas promissoras vem sendo observadas para Pd. Assim, este trabalho tem como objetivo avançar no conhecimento do mecanismo e no desenvolvimento de eletrocatalisadores mais ativos para a oxidação do etanol. Os eletrocatalisadores serão formados por nanopartículas de Rh e Pd e por diferentes nanoestruturas formadas pela combinação entre átomos de Rh e Pt, em eletrólito ácido e entre Pd e Pt, em eletrólito alcalino, todas suportadas sobre pó de carbono. As vias reacionais seguidas nas diferentes nanopartículas serão investigadas por FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) in situ e DEMS (Differential Electrochemical Mass Spectrometry) on line, associadas com técnicas eletroquímicas, como a voltametria cíclica e a cronoamperometria.

Publicações científicas (5)
(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)
DELMONDE, M. V. F.; NASCIMENTO, M. A.; NAGAO, R.; CANTANE, D. A.; LIMA, F. H. B.; VARELA, H. Production of Volatile Species during the Oscillatory Electro-oxidation of Small Organic Molecules. Journal of Physical Chemistry C, v. 118, n. 31, p. 17699-17709, AUG 7 2014. Citações Web of Science: 14.
NAGAO, RAPHAEL; CANTANE, DANIEL A.; LIMA, FABIO H. B.; VARELA, HAMILTON. Influence of Anion Adsorption on the Parallel Reaction Pathways in the Oscillatory Electro-oxidation of Methanol. Journal of Physical Chemistry C, v. 117, n. 29, p. 15098-15105, JUL 25 2013. Citações Web of Science: 23.
CANTANE, D. A.; OLIVEIRA, F. E. R.; SANTOS, S. F.; LIMA, F. H. B. Synthesis of Pt-based hollow nanoparticles using carbon-supported Co@Pt and Ni@Pt core-shell structures as templates: Electrocatalytic activity for the oxygen reduction reaction. APPLIED CATALYSIS B-ENVIRONMENTAL, v. 136, p. 351-360, JUN 5 2013. Citações Web of Science: 57.
CANTANE, D. A.; AMBROSIO, W. F.; CHATENET, M.; LIMA, F. H. B. Electro-oxidation of ethanol on Pt/C, Rh/C, and Pt/Rh/C-based electrocatalysts investigated by on-line DEMS. JOURNAL OF ELECTROANALYTICAL CHEMISTRY, v. 681, p. 56-65, AUG 1 2012. Citações Web of Science: 34.
NAGAO, RAPHAEL; CANTANE, DANIEL A.; LIMA, FABIO H. B.; VARELA, HAMILTON. The dual pathway in action: decoupling parallel routes for CO2 production during the oscillatory electro-oxidation of methanol. Physical Chemistry Chemical Physics, v. 14, n. 23, p. 8294-8298, 2012. Citações Web of Science: 32.
Publicações acadêmicas
(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)
CANTANE, Daniel Augusto. Investigação da oxidação eletroquímica de etanol por espectrometria de massas on-line sobre nanoestruturas metálicas. 2013. Tese de Doutorado - Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Química de São Carlos São Carlos.

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