A reação de redução de oxigênio (RRO) foi estudada em eletrodos lisos de platina e prata recobertos com filmes de quitosana e em eletrodos porosos de Pt/C, Ag/C, MnyOx/C e TiO2/C na ausência e na presença de filmes à base de quitosana, em eletrólito alcalino. Nestes estudos foram empregadas curvas de polarização em estado estacionário, obtidas em eletrodos de disco rotatório (EDR) e em células a combustível alcalina (CCA) unitárias, através das quais foram construídos os correspondentes diagramas de curvas de Tafel e os gráficos de Levich. Os estudos realizados em EDRs permitiram estabelecer-se uma boa compreensão da atividade catalítica e dos mecanismos envolvidos na RRO. Foi observada uma diminuição da atividade eletrocatalítica dos eletrodos metálicos (Pt e Ag lisos e porosos) quando na presença dos filmes de quitosana, havendo também uma mudança no mecanismo da reação. Assim, nos experimentos de EDR verificou-se que em altas densidades de corrente a etapa determinante da velocidade é a adsorção do oxigênio, em contraste com os eletrodos sem o filme para os quais a etapa determinante é a difusão do oxigênio. Nestes casos não foi possível calcular o número de elétr. Já, nos casos dos eletrodos de MnyOx/C e TiO2/C não foi observada nenhuma diminuição significativa na atividade eletrocatalítica destes materiais na presença dos filmes de quitosana, assim como no mecanismo da reação na presença dos filmes (inclusive no número de elétrons envolvidos na reação), apesar de se notar um pequeno aumento nos valores dos coeficientes de Tafel. Foram também realizados testes de alguns dos materiais como cátodos em células a combustível alcalinas unitárias alimentadas com hidrogênio/oxigênio, tendo sido verificado que o desempenho é promissor, apesar de ser inferior ao de células com eletrólito de membrana ácidas. / The oxygen reduction reaction was studied on smooth platinum and silver electrodes recovered with chitosan films and on Pt/C, Ag/C, MnyOx/C e TiO2/C porous electrodes in the presence or absence of chitosan-based films in alkaline electrolyte. These studies were carried out using steady state polarization measurement, obtained in a rotating disc electrode (RDE) and in alkaline fuel cells (AFC) (single cell), from which the corresponding Tafel curves and Levich plots were built. The studies carried out using the RDE had allowed establishing a good understanding of the catalytic activity and of the involved RRO mechanisms. A reduction in the electrocatalytic activity of the metallic electrodes and a change in the reaction mechanism (Pt and Ag smooth and porous) were caused by the presence of the chitosan films Thus, the RDE experiments showed that at high current densities the rate determining step of the ORR is the oxygen adsorption, in contrast to the electrodes without the film for which the rate determining step is the oxygen diffusion. In these cases it was not possible to calculate the number of electrons involved in the reaction. In the cases of the MnyOx/C and TiO2/C electrodes no significant change in the electrocatalytic activity, as well as in the reaction mechanism were caused due to the presence of the films (also in the number of electrons involved in the reaction), although a small increase in the Tafel coefficient values was noted. Also, tests of some of the materials as cathodes in AFC single cells with hydrogen/oxygen were carried out. These results showed that the performance is promising, although inferior to those of acid membrane electrolyte fuel cells.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:07:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarinaOCM_TESE.pdf: 2649195 bytes, checksum: e5ea656e3e362511c90c4759e985d894 (MD5) Previous issue date: 2013-08-08 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Chitosan is being studied for use as dressing due their biological properties. Aiming to expand the use in biomedical applications, chitosan membranes were modified by plasma using the following gases: nitrogen (N2), methane (CH4), argon (Ar), oxygen (O2) and hydrogen (H2). The samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), contact angle, surface energy and water absorption test. Biological Tests were also performed, such as: test sterilization and proliferation of fibroblasts (3T3 line). Through SEM we observed morphological changes occurring during the plasma treatment, the formation of micro and nano-sized valleys. MFA was used to analyze different roughness parameters (Ra, Rp, Rz) and surface topography. It was found that the treated samples had an increase in surface roughness and sharp peaks. Methane plasma treatment decreased the hydrophilicity of the membranes and also the rate of water absorption, while the other treatments turned the membranes hydrophilic. The sterilization was effective in all treatment times with the following gases: Ar, N2 and H2. With respect to proliferation, all treatments showed an improvement in cell proliferation increased in a range 150% to 250% compared to untreated membrane. The highlights were the treatments with Ar 60 min, O2 60 min, CH4 15 min. Observing the results of the analyzes performed in this study, it appears that there is no single parameter that influences cell proliferation, but rather a set of ideal conditions that favor cell proliferation / A quitosana est? sendo estudada para utiliza??o como curativo devido suas propriedades biol?gicas. Com o intuito de ampliar o uso em aplica??es biom?dicas, membranas de quitosana foram modificadas por plasma, utilizando os seguintes gases: nitrog?nio (N2), metano (CH4), arg?nio (Ar), oxig?nio (O2) e hidrog?nio (H2). As amostras foram caracterizadas por microscopia eletr?nica de varredura (MEV); microscopia de for?a at?mica (MFA); ?ngulo de contato; energia de superf?cie; ensaio de absor??o de ?gua. Testes biol?gicos tamb?m foram realizados, como: teste de esteriliza??o e prolifera??o de fibroblastos (linhagem 3T3). Atrav?s do MEV foi poss?vel observar as modifica??es morfol?gicas ocorridas durante o tratamento por plasma, como a forma??o de vales micro e nanom?tricos. A MFA foi utilizada para analisar diferentes par?metros de rugosidade (Ra, Rp, Rz) e topografia da superf?cie. Verificou-se que as amostras tratadas tiveram aumento na rugosidade e uma superf?cie com picos pontiagudos. O tratamento por plasma de metano diminuiu a hidrofilicidade das membranas e tamb?m a taxa de absor??o de ?gua, enquanto os outros tratamentos tornaram as membranas mais hidrof?licas. A esteriliza??o foi eficaz em todos os tempos de tratamento com os seguintes gases: Ar, N2 e H2. Com rela??o ? prolifera??o, todos os tratamentos proporcionaram uma melhora da prolifera??o celular, sendo obtido aumento entre 150% a 250% em rela??o ? membrana n?o tratada. Destacaram-se os tratamentos com Ar 60 min, O2 60 min, CH4 15min. Observando os resultados das an?lises realizadas neste trabalho, verifica-se que n?o existe um par?metro ?nico que influ?ncia a prolifera??o celular, mas sim um conjunto de condi??es ideais que favorecem uma boa prolifera??o celular

A reação de redução de oxigênio (RRO) foi estudada em eletrodos lisos de platina e prata recobertos com filmes de quitosana e em eletrodos porosos de Pt/C, Ag/C, MnyOx/C e TiO2/C na ausência e na presença de filmes à base de quitosana, em eletrólito alcalino. Nestes estudos foram empregadas curvas de polarização em estado estacionário, obtidas em eletrodos de disco rotatório (EDR) e em células a combustível alcalina (CCA) unitárias, através das quais foram construídos os correspondentes diagramas de curvas de Tafel e os gráficos de Levich. Os estudos realizados em EDRs permitiram estabelecer-se uma boa compreensão da atividade catalítica e dos mecanismos envolvidos na RRO. Foi observada uma diminuição da atividade eletrocatalítica dos eletrodos metálicos (Pt e Ag lisos e porosos) quando na presença dos filmes de quitosana, havendo também uma mudança no mecanismo da reação. Assim, nos experimentos de EDR verificou-se que em altas densidades de corrente a etapa determinante da velocidade é a adsorção do oxigênio, em contraste com os eletrodos sem o filme para os quais a etapa determinante é a difusão do oxigênio. Nestes casos não foi possível calcular o número de elétr. Já, nos casos dos eletrodos de MnyOx/C e TiO2/C não foi observada nenhuma diminuição significativa na atividade eletrocatalítica destes materiais na presença dos filmes de quitosana, assim como no mecanismo da reação na presença dos filmes (inclusive no número de elétrons envolvidos na reação), apesar de se notar um pequeno aumento nos valores dos coeficientes de Tafel. Foram também realizados testes de alguns dos materiais como cátodos em células a combustível alcalinas unitárias alimentadas com hidrogênio/oxigênio, tendo sido verificado que o desempenho é promissor, apesar de ser inferior ao de células com eletrólito de membrana ácidas. / The oxygen reduction reaction was studied on smooth platinum and silver electrodes recovered with chitosan films and on Pt/C, Ag/C, MnyOx/C e TiO2/C porous electrodes in the presence or absence of chitosan-based films in alkaline electrolyte. These studies were carried out using steady state polarization measurement, obtained in a rotating disc electrode (RDE) and in alkaline fuel cells (AFC) (single cell), from which the corresponding Tafel curves and Levich plots were built. The studies carried out using the RDE had allowed establishing a good understanding of the catalytic activity and of the involved RRO mechanisms. A reduction in the electrocatalytic activity of the metallic electrodes and a change in the reaction mechanism (Pt and Ag smooth and porous) were caused by the presence of the chitosan films Thus, the RDE experiments showed that at high current densities the rate determining step of the ORR is the oxygen adsorption, in contrast to the electrodes without the film for which the rate determining step is the oxygen diffusion. In these cases it was not possible to calculate the number of electrons involved in the reaction. In the cases of the MnyOx/C and TiO2/C electrodes no significant change in the electrocatalytic activity, as well as in the reaction mechanism were caused due to the presence of the films (also in the number of electrons involved in the reaction), although a small increase in the Tafel coefficient values was noted. Also, tests of some of the materials as cathodes in AFC single cells with hydrogen/oxygen were carried out. These results showed that the performance is promising, although inferior to those of acid membrane electrolyte fuel cells.