Desenvolvimento de catalisadores de Pd modificados por Ag, Ru e Mo para atuar como ânodo em células a combustível de etanol direto em meio alcalino

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dc.contributor.advisor1Ribeiro, Josimar
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000000295441647
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1265145498501171
dc.contributor.authorFilho, Yonis Fornazier
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0002-5359-2316
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1227905675896069
dc.contributor.referee1Ribeiro, Marcos Antonio
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000000293506419
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3587612609487639
dc.contributor.referee2Colmati Junior, Flavio
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-1867-0091
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/0231242349462585
dc.contributor.referee3Luz, Priscilla Paiva
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/3663470249824660
dc.contributor.referee4Salgado, Jose Ricardo Cezar
dc.date.accessioned2024-05-30T00:53:15Z
dc.date.available2024-05-30T00:53:15Z
dc.date.issued2022-03-14
dc.description.abstractPd catalysts modified by Ag, Ru and Mo were produced by the thermal decomposition of polymeric percussor method to study their catalytic properties to ethanol oxidation reaction (EOR) in alkaline medium for fuel cells. Vulcan XC72 carbon was used as support, and the catalysts Pd/C, Pd60Ru40/C, Pd70Ru20Mo10/C, Pd60Ru20Mo20/C, Pd80Ag20/C, and Pd60Ag40/C were synthesized. Good experimental yields (Pd/C, Pd60Ru40/C, Pd70Ru20Mo10/C, Pd60Ru20Mo20/C, Pd80Ag20/C e Pd60Ru40/C = 97.1, 90.2, 97.9, 98.0, 98.6 e 96.5% respectively) and an increase in superficial area with addition of the metals were archieved (Pd/C, Pd60Ru40/C, Pd70Ru20Mo10/C, Pd60Ru20Mo20/C, Pd80Ag20/C e Pd60Ru40/C = 27.5, 100, 47.2, 38.9, 84.8 e 103.6 m2/g respectively). The X-ray diffraction and Raman spectroscopy results, showed formation of PdO for the Pd/C catalyst and RuO2 for the Pd60Ru40/C catalyst, a fact not observed for the other catalysts. Diffraction peak shifts were also observed for Pd70Ru20Mo10/C, Pd60Ru20Mo20/C, Pd80Ag20/C and Pd60Ag40/C, suggesting the formation of alloys in these catalysts. The electrochemical activities were investigated in alkaline medium, and an increase in the electrically active area was observed when the metals were combined with Pd and with the Ag-modified catalysts having the highest values (Pd/C, Pd60Ru40/C, Pd70Ru20Mo10/C, Pd60Ru20Mo20/C, Pd80Ag20/C e Pd60Ru40/C = 2.36, 4.63, 4.24, 3.04, 7.62 e 11.5 m2/g respectively). In the cyclic voltammetry tests for EOR in alkaline medium, the catalysts Pd70Ru20Mo10/C, and Pd60Ru20Mo20/C showed more negative onset potentials (-0.69 e -0.68 V respectively), suggesting that the initiation of the reaction was facilitated in these catalysts and the catalysts Pd80Ag20/C and Pd60Ag40/C had higher current densities at the oxidation peak (44.7 e 64.8 mA cm-2 respectively). In the chronoamperometry tests it was observed that the Pd60Ru40/C catalyst showed the lowest susceptibility to poisoning due to the bifunctional mechanism promoted by the presence of RuO2, followed by the PdAg/C catalysts, due to the electronic effect mechanism (intrinsic mechanism). From the CO-Stripping voltammetry results, in which the Pd60Ag40/C and Pd60Ru20Mo20/C catalysts showed a higher ability to remove CO intermediates from Pd active sites in EOR and stability tests, in which the catalyst Pd60Ag40/C had the highest values of current density after approximately 600 minutes of reaction (132 mA cm-2) and also because these catalysts have shown greater savings in the amount (Pd60Ag40/C ~ 36.65% e Pd60Ru20Mo20/C ~ 64.1 %) of Pd (a noble and expensive metal), it is concluded that these catalysts can be considered the most viable for commercial applications as anode in EOR in alkaline medium, being suggested more tests to investigate their properties.
dc.description.resumoCatalisadores de Pd modificados por Ag, Ru e Mo foram produzidos pela técnica da decomposição térmica dos precursores poliméricos para estudos de suas propriedades catalíticas na reação de oxidação do etanol (ROE) em meio alcalino para células a combustível. Para esse fim, utilizou-se carbono Vulcan XC72 como suporte, sendo sintetizados os catalisadores Pd/C, Pd60Ru40/C, Pd70Ru20Mo10/C, Pd60Ru20Mo20/C, Pd80Ag20/C e Pd60Ag40/C. Foram observados bons rendimentos experimentais (Pd/C, Pd60Ru40/C, Pd70Ru20Mo10/C, Pd60Ru20Mo20/C, Pd80Ag20/C e Pd60Ru40/C = 97,1, 90,2, 97,9, 98,0, 98,6 e 96,5% respectivamente) e um aumento na área superficial com adição dos metais (Pd/C, Pd60Ru40/C, Pd70Ru20Mo10/C, Pd60Ru20Mo20/C, Pd80Ag20/C e Pd60Ru40/C = 27,5, 100, 47,2, 38,9, 84,8 e 103,6 m2/g respectivamente). Os resultados de difração de raios X e espectroscopia Raman apresentaram formação de PdO para o catalisador Pd/C e RuO2 para o catalisador Pd60Ru40/C, fato não observado para os outros catalisadores. Também foram observados deslocamentos no pico de difração para Pd70Ru20Mo10/C, Pd60Ru20Mo20/C, Pd80Ag20/C e Pd60Ag40/C, sugerindo a formação de ligas nesses catalisadores. As atividades eletroquímicas foram investigadas em meio alcalino, sendo observado um aumento da área eletricamente ativa quando os metais foram combinados com Pd e com os catalisadores modificados por Ag tendo os maiores valores (Pd/C, Pd60Ru40/C, Pd70Ru20Mo10/C, Pd60Ru20Mo20/C, Pd80Ag20/C e Pd60Ru40/C = 2,36, 4,63, 4,24, 3,04, 7,62 e 11,5 m2/g respectivamente). Nos testes de voltametria cíclica para a ROE em meio alcalino, os catalisadores Pd70Ru20Mo10/C e Pd60Ru20Mo20/C apresentaram potenciais de início mais negativos (-0,69 e -0,68 V respectivamente), sugerido que o início da reação foi facilitado nesses catalisadores e os catalisadores Pd80Ag20/C e Pd60Ag40/C maiores densidades de corrente no pico de oxidação (44,7 e 64,8 mA cm-2 respectivamente). Nos testes de cronoamperometria foi observado que a o catalisador Pd60Ru40/C apresentou a menor susceptibilidade ao envenenamento devido ao mecanismo bifuncional promovido pela presença de RuO2, seguidos pelos catalisadores PdAg/C, devido ao mecanismo do efeito eletrônico (mecanismo intrínsico). A partir dos resultados de voltametria de CO-Stripping, no qual os catalisadores Pd60Ag40/C e Pd60Ru20Mo20/C mostraram ter uma maior capacidade de remover os intermediários de CO dos sítios ativos de Pd na ROE e testes de estabilidade, no qual o catalisador Pd60Ag40/C apresentou maiores valores de densidade de corrente após aproximadamente 600 minutos de reação (132 mA cm-2) e também pelo fato desses catalisadores terem apresentado maior economia (Pd60Ag40/C ~ 36,65% e Pd60Ru20Mo20/C ~ 64,1 %) na quantidade de Pd (um metal nobre e caro), conclui-se que esses catalisadores podem ser considerados os mais viáveis para aplicações comerciais como ânodo na ROE em meio alcalino, sendo sugerido mais testes para a investigação de suas propriedades.
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Espírito Santo (FAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/15909
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Química
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Exatas
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química
dc.rightsopen access
dc.subjectEletrocatálise
dc.subjectCélulas a combustível
dc.subjectReação de oxidação do etanol
dc.subjectPaládio
dc.subjectPerformance com economia
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqQuímica
dc.titleDesenvolvimento de catalisadores de Pd modificados por Ag, Ru e Mo para atuar como ânodo em células a combustível de etanol direto em meio alcalino
dc.title.alternativetitle.alternative
dc.typedoctoralThesis
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