High-performance gas-diffusion electrodes for H2O2 electrosynthesis

Autor(es)

Cordeiro, Paulo Jorge Marques ; Martins, Alysson Stefan ; Pereira, George Bueno Santana ; Rocha, Fillipe Vieira ; Rodrigo, Manuel Andres Rodrigo ; Lanza, Marcos Roberto de Vasconcelos

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: Electrochimica Acta; v. 430, p. 11-pg., 2022-08-29.

Resumo

The application of gas diffusion electrodes (GDE) modified with carbon black materials at high overpotentials leads to the substantial production of H2O2 via oxygen reduction reaction. The greatest challenge in this process lies in the reduction of the high overpotentials without affecting H2O2 selectivity. One way of circumventing this problem is through the modification of GDEs with coordination compounds. The present work investigates the modification of Printex L6 carbon (CPL6) with different amounts of porphyrin complexes containing the following metallic centers: Mn, Co, Ni, Cu and Zn. The application of 5.0 wt % Co-Porphyrin/CPL6 modifier yielded the best results, with high selectivity for H2O2 generation (90.2%) and marked improvement in catalytic activity (72.6%) compared to CPL6; these positive effects are attributed to the enhancement of both the interaction energy between Co and HOO* reaction intermediate and the effect of the conjugated pi-electrons of the CPL6. The application of the modified GDE led to the electrogeneration of 340 mg L-1 of H2O2 with energy consumption of 86.6 kWh kg(-1) and 92.1% improvement in efficiency compared to the unmodified GDE. Thus, the findings show that the 5.0 wt % Co-Porphyrin/CPL6 modifier is an excellent cathode for application in H2O2 generation and in electrochemical advanced oxidation processes. (AU)

• Processo FAPESP: 14/50945-4 - INCT 2014: Instituto Nacional de Tecnologias Alternativas para Detecção, Avaliação Toxicológica e Remoção de Micropoluentes e Radioativos
• Beneficiário: Maria Valnice Boldrin
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 19/11242-1 - Quantificação relativa de enzimas DNA-Topoisomerase em linhagens celulares: estreitamento da correlação citotoxicidade-mecanismo de ação de compostos de coordenação
• Beneficiário: Fillipe Vieira Rocha
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 16/04201-9 - Compostos de metais de transição contendo tiossemicarbazonas e fosfinas como ligantes: Investigação da citotoxicidade e mecanismo de ação
• Beneficiário: Fillipe Vieira Rocha
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 17/10118-0 - Estudo e aplicação da tecnologia eletroquímica para a análise e a degradação de interferentes endócrinos: materiais, sensores, processos e divulgação científica
• Beneficiário: Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 20/13088-7 - Eletrodos de difusão de gasosa modificado aplicado na degradação de poluentes orgânicos em um reator eletroquímico de fluxo
• Beneficiário: Paulo Jorge Marques Cordeiro Junior
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 17/13123-4 - Desenvolvimento de membranas fotoeletrocatalíticas baseadas em TiO2 e Al2O3 modificadas e aplicadas no tratamento de contaminantes orgânicos e microrganismos em meio aquoso.
• Beneficiário: Alysson Stefan Martins
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 16/19612-4 - Degradação dos desreguladores endócrinos carbofurano, metilparabeno e propilparabeno via H2O2 eletrogerado e processos associados (H2O2 eletrogerado/UV, eletro-Fenton e fotoeletro-Fenton)
• Beneficiário: Paulo Jorge Marques Cordeiro Junior
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 16/01937-4 - Síntese de óxidos binários de metais (Nb, Zr, Ta, Ru, Mo e Co) suportados em carbono amorfo para a produção de eletrodos de difusão gasosa (EDG) para a eletrossíntese de H2O2 in situ em reatores de fluxo.
• Beneficiário: Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular