Desenvolvimento de estratégias para aumentar a eficiência da reação de oxidação de etanol pelo mecanismo de 12 elétrons, dando CO2 como produto, no contexto das células a combustível de etanol direto

• Processo: 10/07108-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2010
• Data de Término da vigência: 30 de junho de 2012
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Ernesto Rafael Gonzalez
• Beneficiário: José Joaquín Linares León
• 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
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: catalisadores | células a combustível | Eletrocatálise | Membranas de alta temperatura | oxidação de etanol | Eletroquímica

Resumo

1. Deseenvolvimento de eletrocatalisadores: Com base na ampla experiência do Grupo de Eletroquímica na síntese de nanocatalisadores suportados e não suportados, serão sintetizados nanocatalisadores com base na platina e ligas de platina com metais como Ru, Rh, Sn, Os, W. Os catalisadores poderão ser bi- ou trimetálicos, procurando composições que aumentem o efeito bifuncional (oxidação de intermediários da reação) e a quebra da ligação C-C no etanol. As sínteses serão realizadas através de métodos clássicos (redução com ácido fórmico) ou métodos mais avançados através do uso de aditivos (tioureia, estabilizantes, etc.) que permitam controlar o tamanho de partícula e a homogeneidade do catalisador. Os catalisadores poderão ser suportados sobre Carbono Vulcan ou sobre óxidos de metais como Ru, Sn e Nb que podem atuar como co-catalisadores. A caracterização dos catalisadores será feita inicialmente por técnicas físicas como a) espectroscopia de dispersão de energia de raios-X (EDX) para determinar a composição atômica do catalisador, b) difratometria de raios-X (DRX) para determinar as características estruturais da célula unitária e o parâmetro de rede, bem como o tamanho dos cristalitos e a existência de orientações preferenciais, c) microscopia eletrônica de transmissão normal (TEM) e de alta resolução (HRTEM) para determinar o tamanho e distribuição das nanopartículas, bem como a morfologia, d) absorção de raios X (XAS) para determinar a estrutura eletrônica (na região XANES) e a estrutura de coordenação (na região EXAFS). 2. Estudos Eletroquímicos: Os estudos eletroquímicos dos catalisadores desenvolvidos serão realizados através de técnicas eletroquímicas potenciodinâmicas, como as voltametrias de varredura e técnicas de estado estacionário como a cronoamperometria e a espectroscopia de impedância. Eletrodos de difusão de gás serão preparados com os catalisadores de acordo com métodos já desenvolvidos. Esses eletrodos serão testados individualmente em meia-célula e em células a combustível unitárias. 3.Estudo do efeito da temperatura na reação de oxidação de etanol. Estima-se que avanços na reação de oxidação de etanol, principalmente no sentido de aumentar a eficiência pelo caminho de oxidação completa a CO2, poderão ser conseguidos aumentando a temperatura de operação. Estudos fundamentais nesse sentido serão feitos com os catalisadores desenvolvidos e metais e ligas massivos em eletrólitos adequados como o ácido fosfórico ou líquidos iônicos. Nas células a combustível serão utilizadas membranas que permitam operar em temperaturas mais elevadas (até 200 oC) como as membranas de polibenzimidazol (PBI), as derivadas do PBI (como ABPBI) ou outras alternativas. Desta forma espera-se avançar no desenvolvimento das células a combustível de etanol direto. (AU)

Publicações científicas

(10)

(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)

LINARES, JOSE J.; ZIGNANI, SABRINA C.; ROCHA, THAIRO A.; GONZALEZ, ERNESTO R.. Ethanol oxidation on a high temperature PBI-based DEFC using Pt/C, PtRu/C and Pt3Sn/C as catalysts. Journal of Applied Electrochemistry, v. 43, n. 2, SI, p. 147-158, FEB 2013. (10/07108-3)

ROCHA, THAIRO A.; LINARES, JOSE J.; COLMATI, FLAVIO; CIAPINA, EDUARDO G.; GONZALEZ, ERNESTO R.. Electrocatalytic Activity of Platinum-Niobium Nanoparticles for Ethanol Oxidation. Journal of the Electrochemical Society, v. 159, n. 10, p. F650-F658, 2012. (10/07108-3, 10/02905-2)

GARCIA, AMANDA C.; LINARES, JOSE J.; CHATENET, MARIAN; TICIANELLI, EDSON A.. NiMnOx/C: A Non-noble Ethanol-Tolerant Catalyst for Oxygen Reduction in Alkaline Exchange Membrane DEFC. ELECTROCATALYSIS, v. 5, n. 1, p. 41-49, JAN 2014. (10/07108-3)

ROCHA, THAIRO A.; IBANHI, FELIPE; COLMATI, FLAVIO; LINARES, JOSE J.; PAGANIN, VALDECIR A.; GONZALEZ, ERNESTO R.. Nb as an influential element for increasing the CO tolerance of PEMFC catalysts. Journal of Applied Electrochemistry, v. 43, n. 8, p. 817-827, AUG 2013. (10/07108-3)

LINARES, JOSE J.; ROCHA, THAIRO A.; ZIGNANI, SABRINA; PAGANIN, VALDECIR A.; GONZALEZ, ERNESTO R.. Different anode catalyst for high temperature polybenzimidazole-based direct ethanol fuel cells. INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, v. 38, n. 1, p. 620-630, JAN 11 2013. (10/07108-3)

LINARES, JOSE J.; SANCHES, CASSANDRA; PAGANIN, VALDECIR A.; GONZALEZ, ERNESTO R.. Performance of a poly(2,5-benzimidazole)-based polymer electrolyte membrane fuel cell. INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, v. 37, n. 8, p. 7212-7220, APR 2012. (10/07108-3)

ZIGNANI, S. C.; BAGLIO, V.; LINARES, J. J.; MONFORTE, G.; GONZALEZ, E. R.; ARICO, A. S.. Endurance study of a solid polymer electrolyte direct ethanol fuel cell based on a Pt-Sn anode catalyst. INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, v. 38, n. 26, p. 11576-11582, AUG 30 2013. (10/07108-3)

LINARES, JOSE J.; ZIGNANI, SABRINA C.; ROCHA, THAIRO A.; GONZALEZ, ERNESTO R.. Ethanol oxidation on a high temperature PBI-based DEFC using Pt/C, PtRu/C and Pt3Sn/C as catalysts. Journal of Applied Electrochemistry, v. 43, n. 2, p. 12-pg., 2013-02-01. (10/07108-3)

LINARES, JOSE J.; SANCHES, CASSANDRA; PAGANIN, VALDECIR A.; GONZALEZ, ERNESTO R.. Poly(2,5-bibenzimidazole) Membranes: Physico-Chemical Characterization Focused on Fuel Cell Applications. Journal of the Electrochemical Society, v. 159, n. 7, p. F194-F202, 2012. (10/07108-3)

ZIGNANI, SABRINA C.; BAGLIO, VINCENZO; LINARES, JOSE J.; MONFORTE, GIUSEPPE; GONZALEZ, ERNESTO R.; ARICO, ANTONINO S.. Performance and selectivity of PtxSn/C electro-catalysts for ethanol oxidation prepared by reduction with different formic acid concentrations. Electrochimica Acta, v. 70, p. 255-265, MAY 30 2012. (10/07108-3)