Estudo da eletro-oxidação do etanol utilizando eletrocatalisadores PtPd/C+ATO e PtPdSn/C+ATO preparados via redução por borohidreto de sódio

Abstract

Firstly, Pt/C, Pt/C+ATO, Pd/C, Pd/C+ATO, PtPd/C+ATO and PtPdSn/C+ATO electrocatalysts were prepared by the reduction by sodium borohydride method. H 2 PtCl 6 .6H 2 O, Pd(NO 3) 2 .2H 2 O and SnCl 2 .2H 2 O were used as metal source and a physical mixture of 85% Vulcan Carbon XC72 and 15% Sb 2 O 5 .SnO 2 , so-called ATO, as support. The catalysts were characterized by means of X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), cyclic voltammetry (CV) and chronoamperometry (CA) experiments, attenuated total reflectance Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopy and tests in direct ethanol fuel cells for ethanol oxidation. XRD analysis of Pt/C and Pd/C showed four peaks associated with the face-centered cubic (fcc) structure of Pt and Pd, respectively. On the other hand, carbon plus ATO supported Pt and Pd based catalysts showed besides the presence of four fcc Pt and Pd reflections others eight peaks associated with antimony-doped tin oxides (ATO). TEM images and the corresponding metal particle size distribution histogram of the catalysts revealed the metallic particles are highly dispersed on the support and their average size ranges were from 2 to 6 nm. The electrochemical measurements characterized by cyclic voltammetry (CV) and chronoamperometry (CA) in N 2 saturated 0,5 M H 2 SO 4 solutions at room temperatures showed the PtPdSn(80:10:10)/C+ATO and PtPdSn(90:5:5)/C+ATO tri-mettallic catalysts, and the PtPd(80:20)/C+ATO bi-mettallic catalyst presented, in that order, the highest peak current densities with 1 M ethanol, in comparision with Pt/C, in the potential region of 0.05 to 0.9 V vs. RHE. The experiments at 100 o C on single direct ethanol fuel cells showed that the power density values for both tri-mettallic catalysts were very similar and at about 6 times higher than that value of Pt/C. The FTIR spectra collected during ethanol electro-oxidation in presence of 0.1 M HClO 4 showed the main bands at 2344, 1282 and 933 cm-3 , which are characteristic of the presence of CO 2 , acetic acid and acetaldehyde, respectively. For Pt/C, PtPd(80:20)/C+ATO and PtPdSn(90:5:5)/C+ATO electrocatalysts acetaldehyde was the main product in the potential region observed, as it is shown in the graph of integrated band intensity as a function of the electrode potential. In the case of Pt/C+ATO and PtPdSn(80:10:10)/C+ATO catalysts acetic acid was the main product. At second, PdPt(80:20)/C+ATO, PdPtSn(80:10:10)/C+ATO e PdPtSn(90:5:5)/C+ATO were prepared to be tested by means of CV and CA in alkaline medium. The results obtained again indicated that the tri-mettallic catalysts showed the highest peak current densities in the potential region of-0,850 V to-0,450 V vs. Ag/AgCl. This confirms that Pd-based catalysts are an excellent option for ethanol oxidation in alkaline medium since the current values in alkaline medium were approximately sixty times higher than those ones obtained in acidic medium.

Estudo da oxidação eletroquímica do etanol em meio alcalino utilizando eletrocatalisadores PtAuIr/C e PdAuIr/C preparados via redução por borohidreto de sódio

“…Uma limitação desta técnica consiste no fato de que somente fases cristalinas podem ser registradas, ou seja, fases amorfas existentes permanecem não detectadas nos padrões de DRX, outra reside no fato de que as larguras dos picos aumentam com a diminuição do tamanho de partícula de tal forma que apenas partículas com um diâmetro maior que 2 nm podem ser determinadas. Bem como no caso de formação de ligas metálicas observa-se um deslocamento dos planos cristalinos para ângulos maiores ou menores [87,133]. O sentido deste deslocamento é suscetível ao tamanho do raio do outro metal que é inserido na estrutura cristalina, no caso desse trabalho, da platina ou paládio.…”

Oxidação direta do etileno glicol sobre catalisadores eletroquímicos binários à base de Pt, Pd, e Sn suportados em carbono para aplicação em células alcalinas

“…FIGURA 4 -Fluxograma do método de preparação de catalisadores eletroquímicos via redução por borohidreto de sódio [7] .. FIGURA 5 -Representação do eletrodo rotatório com camada fina porosa [62] ........41 FIGURA 10 -a) Voltamogramas Cíclicos para os catalisadores eletroquímicos de Pt/C e PtSn/C em solução de EG 1 mol.L -1 e de KOH 1 mol.L -1 com velocidade de varredura de 10 mV.s -1 , b) Curvas de Cronoamperometrias em 1,0 mol.L -1 de etileno glicol em solução de 1,0 mol. FIGURA 20 -a) Voltametria de varredura linear anódica para os catalisadores eletroquímicos de Pd/C e PdSn/C em solução de EG 1 mol.L -1 em KOH 1 mol.L -1 com velocidade de varredura de 10 mV s -1 , b) Curvas cronoamperométricas em EG 1 mol.L -1 em KOH 1 mol.…”

“…As células a combustível alcalinas (AFC-Alkaline Fuel Cells) utilizam como eletrólito uma solução de hidróxido de potássio (KOH) e a sua operação ocorre em uma faixa de temperatura de 40-120 ºC. Este tipo de célula apresenta desempenho do cátodo melhor em relação as células que operam em meio ácido já que a redução do oxigênio é cinéticamente favorecida neste meio reacional, e podem também utilizar materiais não nobres para confecção dos catalisadores [3][4][5][6][7] .…”

Oxidação eletroquímica do metanol em eletrólito alcalino por intermédio de eletrocatalisadores PtRuIn/C preparados pelo método de redução por borohidreto de sódio

“…A taxa de adsorção de novas moléculas de metanol dependerá da disponibilidade de sítios catalíticos. Assim, a cinética da reação aumentará de acordo com a capacidade dos materiais para oxidarem intermediários responsáveis pelo envenenamento dos sítios catalíticos[21].…”

“…Como já foi citado anteriormente[21], a queda acentuada de corrente na cronoamperometria, seguida por uma diminuição/estabilização da mesma durante o restante do tempo ocorre porque os sítios ativos estão inicialmente livres de moléculas de combustível adsorvidas e oxidadas. A taxa de adsorção de novas moléculas de metanol dependerá da disponibilidade de sítios catalíticos.…”