Development of p-block adatom-modified platinum electrocatalysts for the electrochemical conversion of glycerol in alkaline medium

Autor(es)

Matheus Batista Cordeiro de Souza

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Química
• Data de defesa: 2022-10-25

Membros da banca

Pablo Sebastián Fernández; Cláudia Longo; William Reis de Araujo; Camilo Andrea Angelucci; José Joaquín Linares León

• Orientador: Pablo Sebastián Fernández

Resumo

Alternativas à atual dependência por combustíveis fósseis são constantemente visadas, pois representam a única maneira de minimizar os impactos causados pelo aquecimento global. O gás hidrogênio de alta pureza é unanimemente considerado como a mais importante fonte de energia renovável para o futuro próximo, e pode ser obtido de forma sustentável a partir da eletrólise da água. Dos vários problemas que cerceiam o assunto, a substituição da reação anódica (evolução de oxigênio) pela oxidação de biomassa, como a oxidação de glicerol, não só reduziria o custo energético para operar esses dispositivos, mas também possibilitaria a geração de produtos de maior valor agregado a partir da conversão da biomassa. O glicerol é obtido em abundância como coproduto de síntese durante a produção de biodiesel, um combustível renovável de amplo uso no setor de transporte, e o próprio glicerol também pode ser utilizado como fonte de energia a partir da sua oxidação direta, com a possibilidade de gerar hidrogênio verde, além da sua conversão em outras moléculas de maior interesse econômico. Nesse contexto, o presente trabalho tem por objetivo desenvolver catalisadores a partir de platina para a oxidação eletroquímica do glicerol em meio alcalino, e posteriormente transferir o conhecimento adquirido para dispositivos eletroquímicos. A partir de uma investigação eletroquímica inicial, os eletrodos de platina foram modificados por nove elementos distintos do bloco "p", e foi observado que três deles aumentaram a atividade do eletrodo, com respeito ao eletrodo de platina não modificado: chumbo, bismuto e tálio. A adição desses elementos resultou em maiores correntes anódicas durante um período de tempo mais longo. Usando FTIR in situ, nós mostramos que a presença desses adátomos reduziu a quebra de ligações C-C durante a oxidação, e preveniram a adsorção de CO no eletrodo, um intermediário responsável por envenenar o catalisador. Os produtos de oxidação solúveis foram identificados através de cromatografia líquida, e apesar de não haver mudanças na seletividade com a modificação, houve um aumento significativo no rendimento da reação. Por último, conseguimos transferir o conhecimento acumulado para uma célula a combustível microfluídica, onde modificamos o anodo, nanopartículas de Pt/C suportadas em papel carbono, com bismuto. Foi observado um aumento significativo na voltagem de circuito aberto e potência extraída do dispositivo, e uma mistura de glicolato e formato foi identificada a partir do eletrólito de exaustão do dispositivo, confirmando a possibilidade de cogeração de energia com produtos de alto valor agregado (AU)

• Processo FAPESP: 19/00305-2 - Desenvolvimento de eletrocatalisadores de platina modificados por adátomos do bloco p para a conversão eletroquímica de glicerol em meio alcalino
• Beneficiário: Matheus Batista Cordeiro de Souza
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado