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Doctoral Thesis
DOI
Document
Author
Full name
Gabriel Christiano da Silva
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2019
Supervisor
Committee
Ticianelli, Edson Antonio (President)
Angelo, Antonio Carlos Dias
Lima, Fabio Henrique Barros de
Marin, Ana Maria Gomez
Angelucci, Camilo Andréa
Olivi, Paulo
Title in Portuguese
Investigação de catalisadores bifuncionais para as reações de redução e evolução de oxigênio em meio ácido
Keywords in Portuguese
bifuncional
dissolução
eletrocatálise
estabilidade
evolução de oxigênio
redução de oxigênio
Abstract in Portuguese
Células a combustível regenerativas unitizadas (URFCs) são dispositivos eletroquímicos capazes de atuar como um eletrolisador de água ou como uma célula a combustível. Contudo, para que o potencial de uma URFC seja plenamente alcançado é essencial o desenvolvimento de componentes ativos e estáveis nos dois modos de operação, em especial em relação ao catalisador a ser utilizado no eletrodo de oxigênio. Em meio ácido, catalisadores obtidos pela combinação de platina e óxido de irídio têm apresentado desempenho satisfatório para as reações de redução (RRO) e evolução de oxigênio (REO), mas a estabilidade desses materiais ainda é relativamente pouco explorada. Neste trabalho, catalisadores bifuncionais foram sintetizados pela deposição de nanopartículas de platina sobre óxido irídio amorfo (Pt/IrOx) e cristalino (Pt/IrO2), e caracterizados físico-quimicamente através de diferentes técnicas, como EDX, XRD, XPS, XAS e XPS. A caracterização eletroquímica e a avaliação da atividade catalítica foi realizada em célula eletroquímica de três eletrodos, no qual é mostrado que, enquanto catalisadores Pt/IrO2 possuem maior atividade para a RRO, materiais Pt/IrOx são mais ativos para a REO. A estabilidade dos catalisadores bifuncionais foi avaliada empregando-se diferentes protocolos de envelhecimento. Uma investigação detalhada dos processos de degradação foi feita através da técnica de microscopia eletrônica de transmissão de localização idêntica (IL-TEM), enquanto que a dissolução eletroquímica dos catalisadores foi monitorada online utilizando-se uma célula eletroquímica de fluxo hifenada a um espectrômetro de massas com plasma indutivamente acoplado (SFCICP-MS).
Title in English
Investigation of bifunctional catalysts for the oxygen reduction and evolution reactions in acidic medium
Keywords in English
bifunctional
dissolution
electrocatalysis
oxygen evolution
oxygen reduction
stability
Abstract in English
Unitized regenerative fuel cells (URFCs) are electrochemical devices that can operate as a water electrolyzer or as a fuel cell. However, for the potential of an URFC to be fully achieved, it is essential to develop components that are active and stable in both operation modes, especially in relation to the catalyst to be used in the oxygen electrode. In acidic media, catalysts obtained by the combination of platinum and iridium oxide have shown satisfactory performance for the oxygen reduction (ORR) and evolution (OER) reactions, but the stability of these materials is still relatively little explored. In this work, bifunctional catalysts were synthesized by the deposition of platinum nanoparticles on hydrous (Pt/IrOx) and crystalline (Pt/IrO2) iridium oxide, and physicochemically characterized by different techniques such as EDX, XRD, TEM, XPS and XAS. The electrochemical characterization and the evaluation of the catalytic activity were performed in a three-electrodes electrochemical cell, in which it is shown that, while Pt/IrO2 catalysts have higher activity for the ORR, Pt/IrOx materials are more active for the OER. The stability of the bifunctional catalysts was evaluated using different aging protocols. A detailed investigation of the degradation processes was done using the identical location transmission electron microscopy (IL-TEM) technique, while the electrochemical dissolution of the catalysts was monitored online using a scanning flow cell inductively coupled to a plasma mass spectrometer (SFC-ICP-MS) setup.
 
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Publishing Date
2019-09-30
 
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