Estudo fundamental da reação de eletro-oxidação de etanol sobre eletrodos monocristalinos de platina

Autor(es)

Amaury Franklin Benvindo Barbosa

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Química de São Carlos (IQSC/BT)
• Data de defesa: 2022-08-17

Membros da banca

Germano Tremiliosi Filho; Flávio Colmati Junior; Pablo Sebastián Fernández; Janaina de Souza Garcia; Ana Maria Gomez Marin

• Orientador: Germano Tremiliosi Filho

Resumo

As células a combustível de álcool direto apresentam algumas limitações devido à dificuldade de oxidar completamente o etanol e formar dióxido de carbono. O controle da seletividade desta reação é de crucial importância para entender como o eletrocatalisador afeta as várias rotas, em um nível molecular. Esta tese apresenta importantes informações de como o mecanismo da reação de eletro-oxidação de etanol é influenciado pelo arranjo atômico superficial de uma série de eletrodos monocristalinos de platina e por ad-átomos de Sn depositados sobre tais superfícies. Inicialmente, a eletro-oxidação de etanol foi investigada em meio ácido sobre uma série de eletrodos monocristalinos com e sem defeitos. Os resultados eletroquímicos mostraram que a eletro-oxidação de etanol é fortemente afetada a medida que os sítios de defeitos- aumentam. A medida que a densidade de defeitos aumenta, a reação de eletro-oxidação de etanol é melhor catalisada. Os resultados de infravermelho in situ demostraram que os principais produtos da reação de oxidação de etanol para todas as superfícies investigadas são: CO2, acetaldeído e ácido acético. Adicionalmente, COlinear é observado. Em seguida, a eletro-oxidação de etanol foi investigada em meio ácido sobre uma série de eletrodos de Pt(111) desordenados, modificados com Sn. Os resultados voltamétricos da oxidação de etanol demostraram que a decoração parcial dos sítios de defeitos- por ad-átomos de Sn levam a um aumento considerável da atividade catalítica desta reação, quando comparados com superfícies de Pt(111) bem ordernadas e Pt(111) desordenadas sem Sn. Os resultados de infravermelho in situ demostraram que os principais produtos da oxidação são CO2, acetaldeído e ácido acético para as superfícies estudadas, e o principal efeito do Sn é refletido no aumento da produção de ácido acético. Por último, a oxidação de acetaldeído, um importante intermediário da reação de oxidação de etanol, foi investigada sobre superfícies de Pt(111) bem ordenadas e Pt(111) desordenadas, ambas modificadas por ad-átomos de Sn. O eletrodo de Pt(111) é mais ativo para a oxidação de acetaldeído, em comparação com a superfície escalonada de Pt(554) ou com as superfícies de Pt(111) desordenadas. No entanto, quando as superficies de Pt(111) e Pt(111) desordenadas foram modificadas por Sn os resultados melhoraram significativamente. Para ambas as superfícies, há um extraordinário deslocamento do potencial de início da oxidação para valores mais negativos, indicando a oxidação de espécies adsorvidas tais como CO e CHx formadas em baixos potenciais. Esses resultados fornecem informações fundamentais da oxidação de etanol, os quais podem contribuir para um entendimento em nível atômico de catalisadores reais. (AU)

• Processo FAPESP: 16/13100-1 - Estudo das reações de eletro-oxidação de etanol e glicerol em eletrodos monocristalinos de platina e ouro modificados superficialmente
• Beneficiário: Amaury Franklin Benvindo Barbosa
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado