Experimental and theoretical studies of WO₃/Vulcan XC-72 electrocatalyst enhanced H₂O₂ yield ORR performed in acid and alkaline medium

Autor(es)

Moura, Joao Paulo C. ; Lucchetti, Lanna E. B. ; Fernandes, Caio M. ; Trench, Aline B. ; Lange, Camila N. ; Batista, Bruno L. ; Almeida, James M. ; Santos, Mauro C.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: JOURNAL OF ENVIRONMENTAL CHEMICAL ENGINEERING; v. 12, n. 4, p. 11-pg., 2024-06-07.

Resumo

The oxygen reduction reaction (ORR) plays a pivotal role in clean energy generation and sustainable chemical production, particularly in the synthesis of hydrogen peroxide (H2O2). In this study, WO3/Vulcan-XC72 electrocatalysts have been synthesized and characterized for ORR applications. We assessed the ratio of WO3 to Vulcan-XC72 and investigated the impact of electrolytes pH (covering acidic and alkaline media) on the ORR process. The results revealed that WO3 with a monoclinic crystalline phase and nanoflower-like morphology was successfully synthesized, and confirmed an improvement in surface properties, with an increase in hydrophilicity and superficial oxygenated species. Electrochemical studies showed that WO3/C was the most selective for H2O2 electrogeneration, compared to pure Vulcan-XC72, in both acidic and alkaline media. These results indicate that the ORR on the WO3/C electrocatalyst surface has a pH-dependent mechanism. Using WO3/C GDEs, an accumulation of 862 mg L-1 of H2O2 was achieved after 120 min of electrolysis at 100 mA cm-2. The higher selectivity of WO3/C could be related to the presence of more oxygen functional acid species on the catalyst surface and increased hydrophilicity compared to pure Vulcan, as well as a synergistic effect of the WO3 nanoflowers in ORR, confirmed by theoretical calculations. The results reveal that WO3/Vulcan is a promising catalyst for H2O2 electrogeneration via the ORR. (AU)

• Processo FAPESP: 22/15252-4 - Eletrocatalisadores nanoestruturados para aplicação em células a combustível alcalinas-ácidas diretas de glicerol
• Beneficiário: Mauro Coelho dos Santos
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Regular
• Processo FAPESP: 21/14394-7 - Utilização de carbono Vulcan XC-72 modificado com nanoestruturas de nióbio dopadas com fluor e/ou cério na eletrogeração de H2O2 para degradação de desreguladores endócrinos por processos eletroquímicos oxidativos avançados
• Beneficiário: Aline Barrios Trench
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 21/05364-7 - Eletrocatalisadores nanoestruturados baseados em óxidos de manganês e tungstênio suportados em carbono visando eletrogeração de peróxido de hidrogênio e degradação eletroquímica de ciprofloxacino
• Beneficiário: João Paulo Carvalho Moura
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 22/12895-1 - Processos avançados para a degradação de poluentes emergentes: materiais catalíticos, sensores eletroanalíticos e divulgação científica
• Beneficiário: Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• 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: 22/10484-4 - Aplicação de nanomateriais de baixo custo para degradação de interferentes endócrinos por meio de processos de oxidação avançada eletroquímicos sob influência de um campo magnético
• Beneficiário: Caio Machado Fernandes
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado