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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.75.2014.tde-11022015-170431
Document
Author
Full name
Orlando Lima de Sousa Ferreira
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2014
Supervisor
Committee
Ticianelli, Edson Antonio (President)
Lima, Fabio Henrique Barros de
Rocha Filho, Romeu Cardozo
Souza, Ernesto Chaves Pereira de
Tanaka, Auro Atsushi
Title in Portuguese
Estudo da atividade e da estabilidade de eletrocatalisadores de Pt suportados em carbono, monocarbeto e dióxido de tungstênio frente a reação de redução de oxigênio
Keywords in Portuguese
dióxido de tungstênio
monocarboneto de tungstênio
reação de redução de oxigênio
tratamento ácido
Abstract in Portuguese
Os objetivos deste trabalho foram: i) estudar a degradação de catalisadores do tipo Pt-M (onde M = Co e Cr) suportados em carbono após tratamento ácido e a atividade catalítica dos mesmos para a reação de redução de oxigênio; ii) avaliar o desempenho e a estabilidade de eletrocatalisadores de platina suportada em monocarbeto e dióxido de tungstênio (WC/C e WO2/C, respectivamente) para a reação de redução de oxigênio em eletrólitos ácidos. O tratamento ácido foi realizado mantendo-se uma certa quantidade do eletrocatisador em uma solução ácida (H2SO4 0,5 mol L-1) a 90ºC por 24 h. Os catalisadores Pt3Co/C e Pt3Cr/C foram caracterizados antes e após o tratamento pelas seguintes técnicas: Espectroscopia por Dispersão de Energia de Raios X (EDX), Difratometria de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Espectroscopia de Absorção de Raios X (XAS), como também submetidos a testes eletroquímicos. Os resultados mostraram que os metais menos nobres foram lixiviados devido ao tratamento ácido e que houve variações da região do potencial de redução de óxidos. Em relação aos carbertos de tungstênio, este foram sintetizados pelo método sonoquímico e caracterizados por EDX, DRX e MET. Os resultados eletroquímicos obtidos a partir desses materiais não apresentaram atividade catalítica significante para a RRO, porém, quando se tem Pt ancorada nesse material, a reação de redução de oxigênio é catalisada, similarmente ao desempenho de Pt/C, e segue uma reação via 4 elétrons. Já os materiais formados por dióxido de tungstênio foram sintetizados pelo método de impregnação e também foram caracterizados por EDX, DRX e MET. Os dados obtidos nos testes eletroquímicos destes materiais demonstraram uma certa atividade catalítica para RRO, e que esta reação se ocorre via 2 elétrons. Já para os materiais com Pt suportada em WO2/C, a reação segue a conhecida via 4 elétrons, como no caso de Pt/C. Ao serem submetidos ao tratamento ácido, tanto os catalisadores suportados em WC/C quanto os suportados em WO2/C apresentaram maior estabilidade quando comparados ao Pt/C comercial.
Title in English
Study of the activity and stability of Pt electrocatalysts supported on carbon, tungsten monocarbide and tungsten dioxide for the oxygen reduction reaction
Keywords in English
acid treatment
oxygen reduction reaction
tungsten dioxide
tungsten monocarbide
Abstract in English
The objectives of this work were: i) to study the degradation of Pt-M catalysts (where M = Co and Cr) supported on carbon after acid treatment and their catalytic activities for the oxygen reduction reaction; ii) to evaluate the performance and stability of platinum electrocatalysts based in tungsten monocarbide (WC/C) and tungsten dioxide (WO2/C) for the oxygen reduction reaction in acidic electrolytes. The acid treatment was carried out by keeping a certain amount of eletrocatalyst in an acidic solution (H2SO4 0.5 mol L-1) at 90°C for 24 h. The Pt3Co/C and Pt3Cr/C catalysts were characterized before and after treatment by the following techniques: Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), X-Ray Diffraction (XRD), Transmission Electron Microscopy (TEM), X-Ray Absorption Spectroscopy (XAS), followed by electrochemical tests. The results showed that the non-noble metals have been leached due to the acid treatment and that there are variations in the potential region of oxide reduction. Tungsten carbides, were synthesized by a chemistry and characterized by EDS, XRD and TEM. The electrochemical results obtained for the WC/C materials showed no significant catalytic activity for the ORR, but when Pt is anchored, the oxygen reduction reaction is catalyzed, and the performance is similar to that of Pt/C, and with reaction following the 4 electrons pathways. The materials formed by tungsten dioxide were synthesized by an impregnation method, and also characterized by EDS, XRD and TEM. The data obtained in the electrochemical tests of the bare materials showed some catalytic activity for ORR, but the reaction is promoted via the 2 electrons pathways. As for the previous cases the materials formed by Pt supported on WO2/C the reaction follows the 4 electrons steps. When subjected to the acid treatment, as in the case of the catalysts supported on WC/C, the WO2/C-supported materials had higher stability when compared to the commercial Pt/C catalyst.
 
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Publishing Date
2015-02-24
 
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