Preparação, caracterização e estudos eletroquímicos de catalisadores para eletro-oxidação de etanol e aplicação em célula a combustível de etanol direto (DEFC)

Autor(es)

Thiago dos Santos Almeida

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Ribeirão Preto.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (PCARP/BC)
• Data de defesa: 2014-06-25

Membros da banca

Adalgisa Rodrigues de Andrade; Paulo Olivi; Giuseppe Abíola Câmara da Silva; Edson Antonio Ticianelli; Germano Tremiliosi Filho

• Orientador: Adalgisa Rodrigues de Andrade

Resumo

Este trabalho mostra a investigação de catalisadores para a eletro-oxidação de etanol em meio ácido e alcalino focando principalmente no estudo da metodologia de síntese dos catalisadores e da composição catalítica sobre a atividade eletroquímica. Neste âmbito as metodologias de decomposição térmica de percursores poliméricos (DPP) e redução via irradiação por micro-ondas (MO) foram avaliadas quanto a sua influência sobre a estrutura, morfologia, tamanho de partícula e atividade catalítica do catalisador Pt(75)Sn(25)/C, composição utilizada como modelo. A metodologia de MO se mostrou mais eficiente no preparado de catalisadores com menor tamanho de partícula, melhor distribuição sobre o suporte de carbono e elevada atividade catalítica em meio ácido frente a mesma composição sintetizada pela metodologia de DPP. Determinado o melhor método de síntese como sendo a redução via MO, investigou-se o efeito da adição de um terceiro metal, Ni, Pd, Rh e Ru, sobre a composição PtSn/C para a oxidação de etanol em meio ácido. Os resultados mostraram que a obtenção de catalisadores ternários PtSnM por MO não é trivial, levando a um desvio significativo da composição desejada, principalmente no caso do Ni em que a redução foi pouco eficiente. No entanto, as nanopartículas obtidas foram da ordem de 3,0 nm e estão bem distribuídas sobre o suporte de carbono. Os testes eletroquímicos mostraram que a adição do terceiro metal pelo método de MO pouco afeta a atividade catalítica da composição PtSn/C, visto que as atividades e densidades de potência obtidas para os catalisadores PtSnM foram todas inferiores a atividade e potência do catalisador PtSn/C. Porém, os estudos por espectroscopia de infravermelho mostraram que a presença do terceiro metal torna a oxidação de etanol mais seletiva para determinados produtos de reação. Em contrapartida a metodologia tradicional de investigação de catalisadores, aplicou-se a eletroquímica combinatória como ferramenta na descoberta das composições mais ativas para a eletro-oxidação de etanol. Neste estudo foram mapeadas simultaneamente 91 composições, Pt, PtM e PtSnM, M = Ni, Fe, Ru e Pd, por ensaios de fluorescência durante a oxidação de etanol. O mapeamento mostrou ser as composições Pt(80)Sn(10)Fe(10), Pt(80)Sn(10)Ni(10), Pt(70)Sn(20)Pd(10) e Pd(70)Sn(10)Ru(20) as mais ativas para a reação de interesse. Estas composições foram posteriormente sintetizadas em larga escala e testadas para oxidação de etanol, e mostraram excelente atividade catalítica e densidade de potência, destacando principalmente a composição contendo Fe. Por fim, estudos da oxidação de etanol em meio alcalino foram feitos utilizando catalisadores PdFe e PdNi, onde se avaliou o efeito da quantidade destes metais sobre a atividade catalítica do Pd. Estes catalisadores, sintetizados por redução via MO, assim como os demais catalisadores estudados, exibiram tamanhos de partícula pequenos e bem distribuídos sobre o suporte de carbono. As atividades catalíticas obtidas mostraram ser as composições contendo 50% de Fe ou Ni as melhores composições para a oxidação de etanol, destacando principalmente a composição contendo Ni, que apresentou elevada atividade catalítica com excelente estabilidade. (AU)

• Processo FAPESP: 09/15034-2 - Preparação, caracterização e estudos eletroquímicos de catalisadores PtSnX (X = Ni, PD, Rh e W) para eletro-oxidação de etanol e aplicação em célula a combustível de etanol direto (DEFC)
• Beneficiário: Thiago dos Santos Almeida
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto