Eletrocatálise das reações de oxidação de hidrogênio e de redução de oxigênio

Abstract

Recebido em 6/7/04; aceito em 3/11/04; publicado na web em 28/2/05 ELECTROCATALYSIS OF THE HYDROGEN OXIDATION AND OXYGEN REDUCTION REACTIONS. This work discusses the electrocatalytic processes taking place in the polymer electrolyte fuel cell electrodes, specifically the hydrogen oxidation reaction (HOR) and the oxygen reduction reaction (ORR), because these are clear examples of electrochemical reactions favored by the use of electrocatalysts. Since the gaseous reactants are very little soluble in the electrolyte, the use of special electrodes, named gas diffusion electrodes, is required to promote easy and continuous access of reactant gases to the electrocatalytic sites. Besides this, other important aspects such as the use of spectroscopic techniques and of theoretical models to improve the knowledge of the electrocatalytic systems are shortly discussed.Keywords: electrocatalysis; hydrogen oxidation reaction; oxygen reduction reaction. INTRODUÇÃOO termo Eletrocatálise começou a ser difundido a partir da dé-cada de 60, na discussão da influência do material do eletrodo sobre a cinética da reação eletroquímica de desprendimento de hidrogênio. Nos dias de hoje, o uso do termo tornou-se muito mais abrangente, referindo-se genericamente ao efeito da natureza do material do eletrodo sobre a cinética de qualquer reação eletroquímica. Na maioria dos casos, o eletrodo não é transformado durante a ocorrência da reação, servindo apenas como um aceitador ou doador de elétrons e participando do processo através de etapas de adsorção de reagentes e/ou intermediários.Neste contexto, verifica-se que os fundamentos que governam as propriedades eletrocatalíticas têm muito em comum com aqueles da catálise heterogênea. Assim, diversos aspectos, muitos deles comuns à catálise heterogênea, governam os processos eletrocatalíticos: (1) a atividade eletrocatalítica é função da estrutura eletrônica dos átomos da superfície do material que compõe o eletrodo e (2) as propriedades superficiais, químicas e estruturais são fundamentais na definição da velocidade e do caminho da reação. Específico da eletrocatálise é o fato de que nos processos eletroquímicos estão sempre envolvidas reações de transferência de carga, sendo possível modificar a energia de ativação e/ou as propriedades da superfície ativa através do controle do potencial do eletrodo.Inúmeras reações eletroquímicas com potencial tecnológico somente são viabilizadas quando realizadas sob condições que garantam uma velocidade (ou corrente elétrica) adequada, ou seja, com uso de materiais eletródicos que apresentem elevada eficiên-cia eletrocatalítica. Em sistemas operacionais, fatores associados ao transporte de massa podem também se tornar etapas importantes no processo global de transferência de carga e, assim, a extensão da área superficial desempenha um papel crucial sobre sua velocidade. Neste trabalho são discutidos os processos eletrocatalíticos que ocorrem nas células a combustível com eletrólito polimérico (PEMFC), ou seja, as reações de oxidação de hidrogênio (ROH) e ...

Desenvolvimento e avaliação de eletrodos de difusão gasosa (EDG) para geração de H2O2 in situ e sua aplicação na degradação do corante reativo azul 19

“…21,22 A utilização de EDG em processos eletroquímicos, além de gerar catodicamente o H 2 O 2 , permite também trocar a reação cató-dica, normalmente representada pela reação de desprendimento de hidrogênio (Equação 1), pela reação de redução do oxigênio (Equação 2), com isso, pode-se deslocar o potencial de equilíbrio do catodo em até 1,2 V na direção mais positiva de potencial, implicando em uma diminuição da mesma ordem na diferença de potencial entre o catodo e o anodo. 24 [25][26][27] O uso do peróxido de hidrogênio no tratamento de águas contaminadas é comumente conhecido, porém com as dificuldades de transporte e armazenamento desta substância, principalmente devido as suas características químicas, [10][11][12][13] o uso dos eletrodos de difusão gasosa se mostra uma alternativa viável para a produção in situ do H 2 O 2 , eliminando assim a necessidade de transporte e armazenagem. Essa implementação na geração do H 2 O 2 no local de consumo é muito importante, pois em alguns ramos industriais é necessário o uso de elevado volume desse reagente para o tratamento dos efluentes; um exemplo deste ramo é a indústria têxtil.…”

Estudo eletroquímico de partículas de platina nucleadas sobre matrizes poliméricas automontadas

“…Para o outro eletrodo (catodo) da DMFC, muitos materiais têm sido estudados para a reação de redução de oxigênio (ORR) [1,10] …”

Fibras de carbono modificadas com a álcool desidrogenase para o estudo da bioeletroxidação do etanol utilizando espectrometria de massas diferencial eletroquímica (DEMS)

“…57 Portanto, a atuação como eletrocatalisador dependerá da estrutura eletrônica dos átomos da superfície que compõem o eletrodo, assim como natureza química da superfície, morfologia e estrutura cristalina. 58 Para que se tenha esta situação alguns tipos de materiais são utilizados no recobrimento de eletrodos, os quais alteram a região interfacial do eletrodo e, portanto, atuando como eletrocatalisadores, tais como nanomateriais, …”

“…70 Em bioeletrocatálise, estes cofatores podem atuar como centros redox que trocam cargas com o eletrodo, os quais se encontram dentro da estrutura proteica que não é condutora apresentando alta seletividade e especificidade. 58 A transferência de elétrons entre a enzima e a superfície do eletrodo é mais lenta quando comparada com eletrocatalisadores convencionais.…”