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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.85.2021.tde-19112021-093459
Document
Author
Full name
Viviane Santos Pereira
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2021
Supervisor
Committee
Oliveira Neto, Almir (President)
Assumpção, Mônica Helena Marcon Teixeira
Lazar, Dolores Ribeiro Ricci
Poço, João Guilherme Rocha
Title in Portuguese
Oxidação eletroquímica do etanol e glicerol em eletrólito alcalino utilizando eletrocatalisadores PdTiO2/C preparados via redução por borohidreto de sódio
Keywords in Portuguese
eletro-oxidação
eletrocatalisadores
etanol
glicerol
Abstract in Portuguese
Os eletrocatalisadores Pd/C, TiO2/C e os binários PdTiO2/C (50:50), (70:30), (90:10), (30:70) e (10:90) foram preparados pelo método de redução via borohidreto de sódio. Estes eletrocatalisadores foram sintetizados via borohidreto de sódio e caracterizados por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão MET e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (ATR-FTIR). Já a atvidade eletrocatalítica foi analisada por voltametria cíclica e cronoamperometria em meio alcalino. As análises de DRX apresentaram planos cristalinos de Pd bem definidos, associados a estrutura cúbica de face centrada (cfc), assim como planos agregados as estruturas de TiO2 e carbono. As micrografias, obtidas por MET, demonstraram um tamanho médio de nanopartículas, entre 7 nm a 10 nm, afiliadas a uma distribuição satisfatória no suporte de carbono. Os ensaios eletroquímicos, via voltametria cíclica e cronoamperometria, com os eletrocatalisadores binários mostraram um aumento de densidade de corrente no processo da oxidação tanto para etanol como para glicerol, em comparação aos eletrocatalisadores padrões Pd/C e TiO2/C. Os ensaios com glicerol em uma célula unitária a 60 °C atingiram densidade de potência máxima em 12,5 W cm-2 para PdTiO2/C (70:30), quando comparados ao eletrocatalisador comercial Pd/C com 3,70 W cm-2 . Nos testes com etanol, em uma célula a 80 °C, o eletrocatalisador PdTiO2/C (50:50) indicou valores de densidade de potência máxima em 33,5 W cm-2 , e o eletrocatalisador padrão Pd/C atingiu 4,2 W cm-2 indicando que a utilização do co-catalisador TiO2 com as nanopartículas de Pd resultaram em um efeito benéfico (que pode ser atribuído ao mecanismo bifuncional), devido à formação de espécies oxigenadas capazes de liberar os sítios catalíticos do Pd para novas adsorções.
Title in English
Electrochemical oxidation of ethanol and glycerol in alkaline electrolyte using PdTiO2/C electrocatalysts prepared via sodium borohydride reduction
Keywords in English
electrocatalysts
electrooxidation
ethanol
glycerol
Abstract in English
Pd/C, TiO2/C e PdTiO2/C binary electrocatalysts (50:50), (70:30), (90:10) and (10:90) were prepared by the reduction method via sodium borohydride. These electrocatalysts were synthesized via sodium borohydride and characterized by X-ray diffraction (DRX), transmission electron microscopy (MET) and Attenuated Total Reflectance (ART-FTIT). The electrocatalytic performance was analyzed by cyclic voltammetry and chronoamperometry in alkaline medium. The XRD analyzes showed well-defined crystalline planes of Pd, associated with the facecentered cubic structure (cfc, as well as planes aggregated with the TiO2 and carbon structures. The micrographs obtained by TEM, demonstrated an average size of nanoparticles, between 7 nm to 10 nm associated with a satisfactory distribution on the carbon support. The electrochemical experiments, via cyclic voltammetry and chronoamperometry, with binary electrocatalysts showed an increase in current density in the oxidation process for both ethanol and glycerol compared to standard Pd/C and TiO2/C eletrocatalysts. Tests with glycerol in a fuel cell to 60°C showed a maximum power density of 12,5 W cm-2 for PdTiO2/C (70:30), when compared to the commercial Pd/C electrocatalyst with 3,70 W cm-2 . Tests with ethanol, in a fuel cell at 80 °C, the PdTiO2/C (50:50) electrocatalyst showed a maximum power density values at 33,5 W cm-2 , and the standard Pd/C electrocatalyst reached 4,2 W cm-2 indicating that the use of TiO2 co-catalyst with Pd nanoparticles resulted in a beneficial effect (which can be attributed to the bifunctional mechanism) due to the formation of oxygenated species capable of releasing the Pd catalytic sites for new adsorptions.
 
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Publishing Date
2021-11-29
 
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