Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-02-21Bitstream added on 2014-06-13T19:32:52Z : No. of bitstreams: 1 souza_rff_me_araiq_parcial.pdf: 309974 bytes, checksum: 62280d3f9acf765ce72f300ca525dbbb (MD5) Bitstreams deleted on 2015-04-01T12:51:13Z: souza_rff_me_araiq_parcial.pdf,Bitstream added on 2015-04-01T12:51:47Z : No. of bitstreams: 1 000718974.pdf: 1705233 bytes, checksum: 959b8b3cc41bf702fc47d575d0eddbfc (MD5) / Células a combustível são dispositivos promissores devido a sua alta eficiência na conversão de energia química em energia elétrica com baixo ou nenhum impacto ambiental. O desempenho das células de baixa temperatura de operação depende, dentre outros fatores, do catalisador utilizado, composto geralmente de platina na forma de nanopartículas suportadas sobre carbono de alta área superficial. Metanol é um dos combustíveis que pode ser empregado nas células, no entanto sua eletro-oxidação gera espécies intermediárias, como o CO, que permanecem fortemente adsorvidas nos sítios da platina “envenenando” o catalisador, e que são oxidadas apenas em potenciais elevados. O presente trabalho consistiu na preparação de nanopartículas de PtRuM/C (M = Fe ou Sn) ancoradas sobre carbono de alta área superficial, analisando a influência do terceiro metal na atividade eletrocatalítica frente à reação de oxidação de metanol. Os catalisadores foram preparados pelo método de microemulsão e tratados termicamente em atmosfera inerte. A caracterização das propriedades físicas foi realizada por difratometria de raios X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS) e espectroscopia de absorção de raios X dispersivos (DXAS). O comportamento eletroquímico geral dos catalisadores foi avaliado por voltametria cíclica em meio ácido e a atividade eletrocatalítica para a de oxidação de metanol foi estudada por varredura linear de potencial e cronoamperometria. A análise dos produtos e intermediários da oxidação de metanol foi realizada quantitativamente e qualitativamente por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) in-situ. Os resultados para eletro-oxidação de metanol demonstram que... / Fuel cells are promising devices because of its high efficiency in converting chemical energy to electrical energy with low or no environmental impact. The cell performance depends, among other factors, on the catalysts used, usually consisting of platinum nanoparticles supported on high surface area carbon. Methanol is one of the fuels that can be used in a fuel cell. However, its electro-oxidation produces intermediate species, such as CO, which remain strongly adsorbed on the platinum sites, poisoning the catalyst surface because their oxidation takes place only in high potentials. In this work, PtRuM/C (M = Fe or Sn) nanoparticles supported on high surface area carbon were prepared and the influence of the third metal in the electrocatalytic activity toward methanol oxidation was analyzed. The catalysts were prepared in microemulsions and heat treated in an inert atmosphere. Characterization of physical properties was performed by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and dispersive X-ray absorption spectroscopy (DXAS). The general electrochemical behavior of the catalysts was evaluated by cyclic voltammetry in acidic solution while the electrocatalytic activity for methanol oxidation was studied by linear potential sweeps and chronoamperometry. Analysis of the products of methanol oxidation was performed qualitatively and quantitatively by high performance liquid chromatography (HPLC) and in-situ Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR). The results for the electro-oxidation of methanol demonstrate that addition of Sn improves the activity of the materials, while the presence of Fe is detrimental. Moreover, data also revealed that heat treatment promoted... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-01-18Bitstream added on 2014-06-13T18:53:41Z : No. of bitstreams: 1 godoi_drm_me_araiqprot.pdf: 1888669 bytes, checksum: 97ef8f5fb705d56d91e867132a48afa3 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Nanopartículas de Pt-Ru, com composição atômica nominal 50:50, foram preparadas utilizando-se microelmulsões de AOT (dietilhexilsulfosuccinato de sódio)/n-heptano/água e suportadas sobre carbono de alta área superficial (20% Pt-Ru/C em massa). Os precursores metálicos, dissolvidos na fase aquosa, foram reduzidos pela adição de NaBH4 sólido e, posteriormente, o carbono foi adicionado à mistura para a ancoragem das partículas. O material foi filtrado, lavado e seco a 75 °C. Os catalisadores suportados obtidos foram caracterizados por difração de raios X, espectroscopia de raios X por energia dispersiva, microscopia eletrônica de transmissão, termogravimetria e calorimetria exploratória diferencial. Os resultados das análises comprovaram os valores nominais de composição e mostraram que as nanopartículas estão uniformemente dispersas sobre o carbono e que o tamanho médio de cristalito variou de ~2,6 a 3,4 nm, dependendo da razão molar w = [água]/[surfactante]. Verificou-se ainda que o parâmetro de rede dos catalisadores preparados é menor, comparado ao da Pt suportada sobre carbono, indicando a formação de liga e que fração de Ru na liga aumentou com o tamanho de partícula. O tratamento térmico, em todos os casos, promoveu um aumento do tamanho de partícula e do grau de liga. Experimentos de oxidação de CO mostraram que os catalisadores preparados com diferentes valores de w apresentam diferenças significativas na estrutura e composição da superfície. A oxidação de metanol foi estudada por voltametria cíclica e cronoamperometria. O melhor desempenho eletrocatalítico foi observado para catalisadores preparados por microemulsão com w = 8. / Pt-Ru nanoparticles, with nominal atomic composition 50:50, were prepared in AOT/nheptane/water microemulsions and supported on high surface area carbon (20% Pt-Ru/C weight). The metallic precursors, dissolved in the aqueous phase, were reduced by NaBH4 added as a solid. The carbon was directly incorporated into the mixture for the anchorage of the particles. The material was then filtered, washed, and dried at 75 °C. The supported catalysts obtained have been characterized by X-ray diffraction (DRX), energy dispersive Xray analysis (EDX), transmission electron microscopy (TEM), thermogravimetry (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC). The results of these analyses confirmed the nominal chemical composition and showed an uniform dispersion of the particles on the carbon support. The average crystallite size was found to vary from ~2.6 to 3.4 nm, depending on the water to surfactant molar ratio w = [water]/[surfactant]. The lattice parameter of the prepared catalysts was found to be smaller than that for carbon supported Pt, indicating formation of a solid solution phase. The fraction of the alloyed Ru increased with particle size. In all cases, the heat treatment promoted an increase in the particle size and in the amount of alloying. CO stripping measurements showed that the surface properties of the prepared Pt-Ru/C catalysts are significantly different, depending on w values used in the synthesis. The methanol oxidation reaction was studied by cyclic voltammetry and chronoamperometry. The best performance was observed for catalysts prepared by microemulsions with w = 8.

Orientador : Prof. Dr. Marcio Vidotti / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa: Curitiba, 18/12/2015 / Inclui referências : f. 53-64 / Área de concentração: Físico-Química / Resumo: O presente trabalho descreve a síntese sonoeletroquímica de nanocompósitos formados por hidróxido de níquel e cobalto, sendo produzidos eletrodos modificados com diferentes proporções de Ni2+ e Co2+, e os mesmos foram comparados a eletrodos modificados nas mesmas proporções sem a influência da radiação ultrassônica. Os eletrodos modificados foram caracterizados por técnicas eletroquímicas, como voltametria cíclica (VC) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). Com a finalidade de estudar as propriedades eletrocatalíticas dos eletrodos visando o desenvolvimento de sensores eletroquímicos, a glicose foi utilizada como sonda eletroquímica, e a sensibilidade de detecção foi investigada. Os eletrodos de nanocompósitos mostraram uma excelente sensibilidade, sendo que os eletrodos modificados sonoquimicamente apresentaram sensibilidade superior se comparados aos eletrodos modificados em condições de silêncio. A caracterização por VC mostrou que o Co(OH)2 puro tem baixas propriedades eletrocatalíticas para a oxidação da glicose e ao mesmo tempo permitiu afirmar que a oxidação dessa molécula é realizada primordialmente pelos sítios de NiIIIOOH. Os parâmetros cinéticos foram avaliados utilizando o eletrodo de disco rotatório (EDR). Ambos resultados de EDR e EIE indicaram que as propriedades interfaciais desempenham o papel mais importante na reação eletrocatalítica, onde as superfícies dos eletrodos modificados foram analisadas usando microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados de EIE também mostraram que a incorporação do Co2+ na matriz do Ni(OH)2 causa um aumento na condutividade do material, comprovado pela diminuição nos valores de Rct do eletrodo modificado pelo material compósito, a formação do CoIIIOOH irreversível também contribui para a capacitância da dupla camada, conforme corroborado pelos valores de Cdl. Sendo assim, os resultados do presente trabalho contribuem para o desenvolvimento da tecnologia de sensores baseados em superfícies modificadas com materiais exclusivos, eletrocatalíticos nanoestruturados, sintetizado em um único passo, com a influência da radiação ultrassônica. Palavras chave: Hidróxido de níquel. Hidróxido de cobalto. Compósitos. Eletrocatálise. Radiação ultrassônica. / Abstract: This work describes the sonoelectrochemical synthesis of nickel and cobalt hydroxide nanocomposites. The electrodes were modified with different proportions of Ni2+ and Co2+ in order to achieve different composites electrodeposited under ultrasonic radiation and in silent conditions. The modified electrodes were characterized by electrochemical techniques such as Cyclic Voltammetry (CV) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). In order to study the electrocatalytic properties of the modified electrodes, aiming the development of electrochemical sensors, glucose was employed as electrochemical probe and both kinetic and analytical parameters were investigated. The nanocomposite electrodes showed an excellent sensitivity and the ultrasonic radiation produced more sensible electrodes when compared with that ones synthesized under silent conditions. The characterization by CV showed that the Co(OH)2 pure has low electrocatalytic properties for oxidation of glucose being the NiIIIOOH the preferential sites for the glucose catalytic oxidation. The kinetic parameters were evaluated by using Rotating Disk Electrode (RDE) measurements. Both RDE and EIS results indicated that the interfacial properties play the most important role on the electrocatalytic reaction where the surfaces of the modified electrodes were analyzed by using Scanning Electronic Microscopy (SEM). The EIS results also show that incorporation of the Co2+ in the matrix of the Ni(OH)2 causes an increase in conductivity of the material, evidenced by the decrease in value Rct of the electrode modified by composite material, also the irreversible CoIIIOOH formation also contributes to the double layer capacitance, as corroborated by the values of Cdl. Thus, the results of this study contribute in the sensor technology on the achievement of unique nanostructured electrocatalytic surfaces, synthesized in a single step with the influence of the ultrasonic radiation. Keywords: Nickel hydroxide. Cobalt hydroxide. Composites. Electrocatalysis. Ultrasonic radiation.

Made available in DSpace on 2014-11-10T11:09:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-06-05Bitstream added on 2014-11-10T11:57:26Z : No. of bitstreams: 1 000783685_20160605.pdf: 417557 bytes, checksum: a7b0b5d0342ef5b2b95ede9798577d33 (MD5) Bitstreams deleted on 2016-06-06T12:04:13Z: 000783685_20160605.pdf,. Added 1 bitstream(s) on 2016-06-06T12:05:00Z : No. of bitstreams: 1 000783685.pdf: 2427704 bytes, checksum: a17d8f00bffa113ed4ce546928b1d574 (MD5) / Este trabalho visou contribuir ao desenvolvimento de materiais com bom desempenho para a catálise da reação de redução de oxigênio, que ocorre nos cátodos de células a combustível, através do estudo da influência da composição e da nanoestrutura de nanopartículas de PtNi suportadas em carbono na atividade eletrocatalítica. Os estudos envolveram a preparação de catalisadores contendo nanopartículas de PtNi com diferentes composições pelo método do poliol modificado. Partes destes materiais foram submetidas a tratamento térmico em hidrogênio a 300ºC com o intuito de promover um aumento da incorporação de Ni na rede da Pt sem provocar severas modificações no tamanho e distribuição das nanopartículas sobre o suporte. As propriedades físicas dos materiais foram estudadas pelas técnicas de difração de raios X e microscopia eletrônica de transmissão. Os resultados mostraram que os catalisadores de PtNi têm um elevado grau de liga e boa homogeneidade de distribuição das partículas sobre o carbono suporte. As propriedades eletrônicas foram avaliadas por espectroscopia de absorção de raios X in situ. A atividade eletrocatalítica para a redução do oxigênio foi estudada utilizando-se a técnica de eletrodo de disco-anel rotatório. Em meio ácido, a presença de Ni nos catalisadores promove um aumento da vacância da banda 5d da Pt, ao tempo que o tratamento térmico provoca uma diminuição da vacância em relação aos materiais como preparados. Foi verificada uma maior atividade catalítica dos materiais de PtNi em relação à Pt. Em meio alcalino, os catalisadores que contêm Ni mostraram a banda 5d mais preenchida, provavelmente resultado da formação de óxidos de Ni. De modo geral, os catalisadores PtNi são menos ativos que a Pt em meio alcalino. A tolerância à presença de metanol foi avaliada através de comparação entre as curvas de polarização obtidas em soluções ácida e alcalina com as... / This study aimed to contribute to the development of materials with good performance for the catalysis of the oxygen reduction reaction, which occurs at the cathodes of fuel cells, by studying the influence of composition and nanostructure of carbon-supported PtNi nanoparticles on the electrocatalytic activity. The studies involved the preparation of catalysts containing PtNi nanoparticles of different compositions by the modified polyol method. Parts of these materials were submitted to a heat treatment in hydrogen at 300 °C aiming to promote an increase of the incorporation of Ni into the Pt lattice without causing severe changes on the size and distribution of particles on the support. The physical properties of the materials were evaluated by X-ray diffraction and transmission electron microscopy. The results showed that PtNi catalysts have a high degree of alloying and that particle distribution on the carbon support has good homogeneity. The electronic properties were evaluated in situ by X-ray absorption spectroscopy. The electrocatalytic activity for the oxygen reduction reaction was studied by the rotating ring disk technique. In acid medium, the presence of Ni in the catalysts causes an increase in the Pt 5d band, while the heat treatment resulted in a Pt 5d band vacancy decrease. A catalytic activity for PtNi materials higher than that of Pt was verified. In alkaline medium, the catalysts containing Ni showed a Pt 5d band more filled, probably resulting from the formation of Ni oxides. In general, Pt Ni catalysts are less active than Pt in alkaline medium. The tolerance to the presence of methanol was evaluated by comparing the polarization curves obtained in acid and alkaline solutions containing alcohol. A decrease of catalytic activity in the presence of methanol in acid medium and good tolerance in alkaline medium were observed.

Made available in DSpace on 2016-08-12T18:48:45Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-06-23. Added 1 bitstream(s) on 2016-08-12T18:50:59Z : No. of bitstreams: 1 000849805_20170623.pdf: 911886 bytes, checksum: 242c48add348f7334fada8447b99c56f (MD5) Bitstreams deleted on 2017-06-23T13:11:18Z: 000849805_20170623.pdf,. Added 1 bitstream(s) on 2017-06-23T13:12:03Z : No. of bitstreams: 1 000849805.pdf: 2881473 bytes, checksum: 5e5a159f727a1e8c94ecabaefa1314c0 (MD5) / Células a combustível são dispositivos eletroquímicos que convertem a energia química em energia elétrica e calor. As DAFCs (Direct alcohol fuel cells) têm sido objeto de muitos estudos alternativos à célula de hidrogênio. Para que as DAFCs operem em grande escala, é de grande importância o desenvolvimento de eletrocatalisadores para as reações de oxidação de álcoois como metanol e etanol, que ocorrem no ânodo da célula a combustível. Neste contexto, este trabalho relata a síntese de nanocatalisadores de paládio suportados em carbono e óxido de cério, a caracterização física dos materiais preparados e a avaliação da atividade catalítica para a oxidação de metanol e etanol. A caracterização física foi realizada utilizando-se as técnicas de difratometria de raios X, microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X e, espectroscopia de absorção de raios X. Os materiais também foram caracterizados eletroquimicamente por voltametria cíclica. A atividade catalítica dos materiais preparados foi estudada através de técnicas eletroquímicas, como voltametria cíclica e cronoamperometria, e também pela técnica espectro-eletroquímica de FTIR in situ, que permite a identificação de produtos e intermediários das reações. Os difratogramas de raios X mostraram que a adição de óxido de cério não modifica a estrutura cristalina do Pd. As imagens de microscopia eletrônica de transmissão permitem afirmar que o método de síntese utilizado gerou nanopartículas de paládio bem dispersas sobre o suporte e com estreita distribuição de tamanhos. Os espectros de absorção de raios X indicaram um preenchimento da banda 4d do paládio com a adição de óxido de cério. Medidas de oxidação de monocamada de CO mostraram que a presença de óxido de cério no suporte não promoveu alteração nos potenciais de picos de... / Fuel cells are electrochemical devices that convert chemical energy into electrical energy. The DAFCs (Direct alcohol fuel cells) present as an alternative for hydrogen fuel cells. For the DAFCs operate on a large scale, is of great importance the development of electrocatalysts for oxidation reactions of alcohols as methanol and ethanol, which occur at the anode of the fuel cell. In this context, this work reports the synthesis of nanocatalysts of palladium supported on carbon and cerium oxide, physical characterization of the prepared materials and the evaluation of the catalytic activity for the oxidation of methanol and ethanol. The physical characterization was performed using X-ray diffraction, transmission electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and X ray absorption spectroscopy techniques. Materials were also electrochemically characterized by cyclic voltammetry. The catalytic activity of the prepared materials was studied using electrochemical techniques such as chronoamperometry and cyclic voltammetry and also the spectroelectrochemical technique of in situ FTIR, which allows the identification of reaction products and intermediates. The X-ray diffraction showed that the addition of cerium oxide does not modify the crystalline structure of the Pd. The transmission electron microscopy images allow us to state that the method of synthesis used produced well dispersed palladium nanoparticles onto the support and narrow size distribution. The X-ray absorption spectra showed a higher fill on the 4d band of the palladium with the addition of cerium oxide. Experiments of CO monolayer oxidation showed that the presence of cerium oxide in the support did not cause change in the potential of CO oxidation peak. Regarding the catalytic activity for the electro-oxidation of methanol, palladium showed very low activity. For the electro-oxidation of ethanol, the materials synthesized at 25...

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:29:09Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-02-28Bitstream added on 2014-06-13T18:38:50Z : No. of bitstreams: 1 cumba_lr_me_ilha.pdf: 1172695 bytes, checksum: 022bcc613710f630671a10681e48bedb (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho descreve a preparação, caracterização e aplicação eletroanalítica de um compósito formado por Titânio fosfatado modificado com metais de transição (Ag1+, Co2+ e Ni2+) e hexacianoferrato de potássio. A primeira etapa consistiu em reagir o isopropóxido de titânio (IV) com H3PO4, sendo que o material obtido foi descrito como TiP. Em uma segunda etapa reagiu-se o TiP com íons metálicos, originando TiPM (M = Ag1+, Co2+ e Ni2+). Algumas técnicas espectroscópicas como espectroscopia vibracional (FT-IR), Difração de Raios X (DRX), Espectroscopia na região do ultravioleta visível (UV-Vis por Reflectância difusa)e Voltametria cíclica foram utilizadas na caracterização do TiP e do TiPMH. Os espectros na região do Infravermelho dos materiais supracitados exibiram freqüências em 2112 cm-1 para o TiPAgH, 2136 cm-1 para o TiPCoH e um a 2168 cm-1 e outro a 2099 cm-1 para o TiPNiH, atribuídas ao estiramento (C≡N) característico do hexacianoferratos de prata, cobalto e níquel. Através dos difratogramas pode se verificar a diferença de cristalinidade dos complexos binucleares formados. A Espectroscopia na região do ultravioleta visível (UV-Vis por Reflectância difusa)das espécies suportadas, TiPCoH, após deconvolução espectral, exibiu claramente duas absorções com comprimento de onda máximo (max) em 437 e 504 nm para o TiPCoH, em 421 a 461 nm para o TiPAgH e em em 423 e 433 nm para o TiPNiH. Por fim, efetuou-se um estudo eletrocatalítico de substâncias de interesse biológico, utilizando um eletrodo de pasta de grafite modificado com TiPMH, após um rigoroso estudo sobre o comportamento voltamétrico dos mesmos. O eletrodo de pasta de grafite contendo o TiPAgH exibiu um par redox com potencial médio (E’) de: (E’) = 0,77V vs Ag/AgCl atribuído ao processo... / The present work describes the preparation, characterization and electroanalytical application of a composite consisting of titanium phosphate modified with transition metals (Ag1+, Co2+ and Ni2+) and potassium hexacyanoferrate. The first step consisted in reacting the titanium isopropoxide (IV) with H3PO4, being that the material obtained was described as TiP. In a second step if the TiP reacted with metal ions, giving TiPM (M = Ag1+, Co2+ and Ni2+). Some techniques such as vibrational spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), Diffuse Reflectance and cyclic voltammetry were used to characterize the TiP and TiPMH. The spectra in the region of Infrared of materials abovementioned exhibited frequencies in 2112 cm -1 for TiPAgH, 2136 cm-1 for TiPCoH and one to 2168 cm-1 and another to 2099 cm-1 for TiPNiH, attributed to stretching (C ≡ N) characteristic of hexacyanoferrates of silver, cobalt and nickel. Through the diffractograms can verify the difference of crystallinity of the complexes binuclear formed. The diffuse reflectance of species supported after spectral deconvolution, clearly showed two absorptions with peak wavelength ( max) at 437 and 504 nm for TiPCoH at 421 and 461 nm for TiPAgH and in 423 and 433 nm for the TiPNiH. Finally, we performed an electrocatalytic study of substances of biological interest, using a carbon paste electrode modified with TiPMH, after a rigorous study on the voltammetric behavior of the same. The carbon paste electrode containing TiPAgH exhibited a redox couple with average potential (E') of (E') = 0.77 V vs Ag/AgCl(s) redox process attributed to FeII(CN)6 / FeIII(CN)6 in presence of silver. The carbon paste electrode modified with TiPAgH showed electrocatalytic activity for three substances of biological interest... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador: Hebe de Las Mercedes Villullas / Banca: Romeu Cardozo Rocha Filho / Banca: Joelma Perez / Resumo: Neste trabalho foram sintetizadas nanopartículas de Pt, PtFe, PtNi, PtCo, PtFeNi e PtFeCo suportadas em pó de carbono através do método da microemulsão, que foram testadas como potenciais eletrocatalisadores frente a reação de redução do oxigênio (RRO). As propriedades eletrônicas dos materiais foram investigadas por XAS (Espectroscopia de Absorção de Raios X) e as propriedades estruturais e morfológicas por DRX (Difração de Raios X) e MET (Microscopia Eletrônica de Transmissão), respectivamente. A área superficial de platina eletroquimicamente ativa foi determinada a partir de dados de voltametria cíclica, enquanto a atividade eletrocatalítica para a RRO foi estudada em soluções de H2SO4 saturadas com O2, utilizando a técnica do eletrodo de disco rotatório. Em geral, a análise dos materiais binários e ternários mostrou uma diminuição no parâmetro de rede em relação à platina pura, o que é um indicativo da formação de liga. O método de síntese escolhido permitiu a obtenção de cristalitos com faixa de tamanhos em torno de 3 nm. Somente os materiais contendo nanopartículas trimetálicas apresentaram alto grau de aglomeração e uma distribuição não homogênea sobre o carbono suporte. As análises eletroquímicas sugerem que a RRO segue majoritariamente o mecanismo via 4 elétrons em todos os catalisadores estudados nesse trabalho. O estudo das propriedades eletrônicas indica que a presença de Fe, Ni e Co contribui para o preenchimento da banda 5d da platina. Todas estas informações foram correlacionadas na tentativa de se entender a razão pela qual os catalisadores trimetálicos, principalmente o PtFeCo/C, apresentaram atividade superior para a RRO quando comparados com os bimetálicos e a Pt/C. Os materiais ternários foram submetidos a tratamento térmico a 150 ºC em atmosfera de H2 por uma hora... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this work, nanoparticles of Pt, PtFe, PtNi, PtCo, PtFeNi and PtFeCo supported on carbon powder were synthesized by a microemulsion method and tested as potential electrocatalysts for the oxygen reduction reaction (ORR). The electronic properties of the materials were investigated by XAS (X-ray Absorption Spectroscopy) and the structural and morphological properties by XRD (X-ray diffraction) and TEM (Transmission Electronic Microscopy), respectively. The platinum electrochemically active surface area was determined from cyclic voltammetry data while the electrocatalytic activity toward the ORR was studied using the rotating disk electrode technique in O2 saturated H2SO4 solutions. Overall, the analyses of the materials showed a decrease in the lattice parameter when compared to pure Pt, which suggests alloy formation. The chosen synthesis method allowed obtaining small crystallites with average size around 3 nm. Only the catalysts containing trimetallic nanoparticles were highly agglomerated and showed an inhomogeneous distribution of particles on the carbon support. The electrochemical analyses suggest that the ORR occurs mainly through the 4 electron mechanism on all catalysts studied in this work. The study of the electronic properties evidenced that the presence of Fe, Ni and Co increases the platinum 5d-band occupancy. All results were correlated aiming a better understanding of why the trimetallic catalysts, particularly PtFeCo/C, have significantly higher ORR activity than bimetallic materials and Pt/C. The trimetallic catalysts were heat treated at 150 ºC in a H2 atmosphere during one hour. As a result, the materials showed a minor increase in alloying degree, an increase in particle size, a slightly decrease in surface area and a more filled Pt 5d-band. Thermal treatment did not cause any... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Hebe de las Mercedes Villullas / Coorientador: Elisete Aparecida Batista / Banca: Antonio Carlos Dias Angelo / Banca: Adalgisa Rodrigues de Andrade / Resumo: Células a combustível são dispositivos promissores devido a sua alta eficiência na conversão de energia química em energia elétrica com baixo ou nenhum impacto ambiental. O desempenho das células de baixa temperatura de operação depende, dentre outros fatores, do catalisador utilizado, composto geralmente de platina na forma de nanopartículas suportadas sobre carbono de alta área superficial. Metanol é um dos combustíveis que pode ser empregado nas células, no entanto sua eletro-oxidação gera espécies intermediárias, como o CO, que permanecem fortemente adsorvidas nos sítios da platina "envenenando" o catalisador, e que são oxidadas apenas em potenciais elevados. O presente trabalho consistiu na preparação de nanopartículas de PtRuM/C (M = Fe ou Sn) ancoradas sobre carbono de alta área superficial, analisando a influência do terceiro metal na atividade eletrocatalítica frente à reação de oxidação de metanol. Os catalisadores foram preparados pelo método de microemulsão e tratados termicamente em atmosfera inerte. A caracterização das propriedades físicas foi realizada por difratometria de raios X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS) e espectroscopia de absorção de raios X dispersivos (DXAS). O comportamento eletroquímico geral dos catalisadores foi avaliado por voltametria cíclica em meio ácido e a atividade eletrocatalítica para a de oxidação de metanol foi estudada por varredura linear de potencial e cronoamperometria. A análise dos produtos e intermediários da oxidação de metanol foi realizada quantitativamente e qualitativamente por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) in-situ. Os resultados para eletro-oxidação de metanol demonstram que... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Fuel cells are promising devices because of its high efficiency in converting chemical energy to electrical energy with low or no environmental impact. The cell performance depends, among other factors, on the catalysts used, usually consisting of platinum nanoparticles supported on high surface area carbon. Methanol is one of the fuels that can be used in a fuel cell. However, its electro-oxidation produces intermediate species, such as CO, which remain strongly adsorbed on the platinum sites, "poisoning" the catalyst surface because their oxidation takes place only in high potentials. In this work, PtRuM/C (M = Fe or Sn) nanoparticles supported on high surface area carbon were prepared and the influence of the third metal in the electrocatalytic activity toward methanol oxidation was analyzed. The catalysts were prepared in microemulsions and heat treated in an inert atmosphere. Characterization of physical properties was performed by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and dispersive X-ray absorption spectroscopy (DXAS). The general electrochemical behavior of the catalysts was evaluated by cyclic voltammetry in acidic solution while the electrocatalytic activity for methanol oxidation was studied by linear potential sweeps and chronoamperometry. Analysis of the products of methanol oxidation was performed qualitatively and quantitatively by high performance liquid chromatography (HPLC) and in-situ Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR). The results for the electro-oxidation of methanol demonstrate that addition of Sn improves the activity of the materials, while the presence of Fe is detrimental. Moreover, data also revealed that heat treatment promoted... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Este trabalho consiste em utilizar a técnica de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE) na investigação da cinética de diferentes materiais eletrocatalíticos. O modelo de eletrodos porosos se apresenta como uma forma bastante promissora no tratamento das respostas em freqüência dos ADEs. Uma vez estabelecida a aplicação do modelo, pode-se chegar à obtenção de informações cinéticas importantes durante a análise de vários fatores que ocorrem no sistema em questão, sendo possível então, confirmar resultados obtidos por outras técnicas. Foram investigados eletrodos do tipo ADEs de composição Ti/Ru0,3Ti(0,7-x)SnxO2 (x = 0; 0,3 e 0,7), investigando o efeito da eletrodeposição de Pt na superfície do ADE de Ti/Ru0,3Ti0,7O2, a fim de comparar os resultados obtidos por EIE (ac) com o estudo cinético realizado por curvas de polarização de Tafel (dc) em meio ácido. Além destes realizou-se a investigação dos ânodos, aplicáveis a células a combustível de etanol (DEFCs), de composição: Ti/Pt, Ti/Pt:Ru (80:20), Ti/Pt:Sn (80:20) e Ti/Pt:Ru:Sn (80:10:10) em meio ácido e também de etanol, utilizando-se a EIE como elemento de diagnóstico da atividade da composição do ânodo. Os resultados de EIE confirmam que, o aumento da concentração de SnO2 na composição dos ADEs, favorece a formação de oxigênio, como o apresentado na literatura, por outras técnicas eletroquímicas. A linha de transmissão de um canal apresentou valores satisfatórios dos seus elementos, coerentes com os valores apresentados na literatura, quanto utilizada a técnica da EIE. Foi observado também que adição de Pt na composição do ADE Ti/Ru0,3Ti0,7O2 melhorou a eficiência do material, apresentando menores valores de resistência à transferência de carga, A resistência de transferência de carga (Rtc) diminui à medida que se aumenta o potencial, no sentido da RDO. Analisando-se aos valores de potencial em função das curvas de polarização de Tafel e EIE, pode-se concluir então que existe um relação entre o comportamento ac e dc do sistema. Nos estudos de materiais aplicados a DEFCs, confirmam os resultados que a introdução de Sn melhora a atividade para a oxidação do etanol. A composição Ti/Pt:Sn(80:20) apresentou os melhores resultados nos testes de EIE, obtendo-se valores menores de resistência a transferência de carga, concordando com os resultados obtidos no estudo de célula a combustível. / This work consists in using Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) in the research of various electrocatalytic materials. The porous electrode model is a very promising approach to treat the frequency responses of Dimensionally Stable Anodes (DSA®). Once the application of the model is established, it is possible to obtain important kinetic information while various factors occurring in the system are analyzed. This allows confirmation results obtained by other techniques. Electrodes of the DSA® type with composition Ti/Ru 0,3Ti(0,7-x)SnxO2 (x=0; 0,3 e 0,7) were investigated. In order to compare the results obtained for DSA® Ti/Ru 0,3Ti0,7O2 electrodes by EIS (ac) with the kinetic studies by Tafel (dc) polarization curves performed in acid environment. Additionally, an investigation of the anodes, applicable to Direct Oxidation of Ethanol Fuel Cells (DEFCs), with composition Ti/Pt, Ti/Pt:Ru (80:20), Ti/Pt:Sn (80:20) and Ti/Pt:Ru:Sn (80:10:10) in acid environment and also in ethanol was carried out, using EIS as a diagnosis element for the activity of the anode composition. The EIS results confirmed that increasing concentration of SnO2 in the DSA® composition enhances oxygen formation, as reported in the literature, for other electrochemical techniques. The EIS technique revealed that the transmission line of one canal provided satisfactory data for its elements, in agreement with literature data. Pt addition to the DSA® Ti/Ru 0,3Ti0,7O2 improved the material efficiency, giving smaller resistance values for charge transfer. The resistance of the charge transfer (Rtc) lowered with increasing potential, in the direction of RDO. Analysing the potential values as a function of the Tafel polarization curves and EIS, it is possible to conclude that there is a relationship between the ac and dc behaviors of the system. In the studies of materials applicable to DEFCs it was confirmed that Sn improves the activity for ethanol oxidation. The composition Ti/Pt:Sn (80:20) led to the best results in EIS tests, revealing lower resistance values in the charge transfer, in agreement with results obtained in the study of fuel cells.

The harvesting of solar light is one of the main challenges in science. The outstanding optical properties of plasmonic in the visible and near-infrared ranges due to the localized surface plasmon resonance (SPR) has emerged as a promising approach for the solar-tochemical energy conversion. Specifically, it has been demonstrated that the SPR excitation in the visible range in silver (Ag) and gold (Au) nanoparticles can drive and accelerate chemical transformations. This field, coined plasmonic catalysis, enables one to merge catalytic and optical properties in the nanoscale and use visible or near-infrared light as a sustainable energy input to accelerate molecular transformations. In the first part of this thesis. we developed Au branched nanostructures to be employed as plasmonic catalysts. In this case, we aimed at investigating the effect of the sharp tips at their surface over their plasmonic catalytic performance, as it is established that tips can concentrate higher electric field enhancements relative to rounded surfaces as a result of the lightning rod effect, which, in turn, can translate into higher plasmonic catalytic performances. Here, the plasmonic-catalytic performances were tested using the SPR mediated oxidation of paminothiophenol and benzylamine as model transformations. While the Ag and Au nanoparticles support LSPR excitation in the visible and near-infrared ranges, their catalytic properties are limited in terms of versatility. Conversely, metals that are important in catalysis, such as palladium Pd, do not support SPR excitation in the visible or near-infrared range. In the second part of this thesis, we developed multimetallic nanoparticle morphologies, composed of both Au and Pd, that enabled us to marry catalytic and plasmonic component in order to address this challenge. We focused on plasmonic core-catalytic shell structures, in which the shell displayed a branched morphology. Parameters such as shell thickness could be controlled, and structure performance relationships were established towards the methanol electro-oxidation under plasmonic excitation. / O aproveitamento da luz solar é um dos principais desafios da ciência. As excepcionais propriedades óticas plasmônicas nas regiões do visível e do infravermelho próximo, devido a ressonância plasmônica de superfície localizada (SPR), surgiram como uma abordagem promissora para conversão de energia solar em energia química. De maneira mais específica, vem sendo demonstrado que a excitação SPR na região do visível em nanopartículas de prata (Ag) e ouro (Au) podem conduzir e acelerar transformações químicas. Esse campo, chamado catálise plasmônica, permite a fusão de propriedades óticas e catalíticas na nanoescala e a utilização de luz visível ou infravermelha próxima como uma fonte de energia para acelerar transformações moleculares. Na primeira parte desta dissertação, nós desenvolvemos nanoestruturas de ouro ramificadas para serem empregadas em catálise plasmônica. Neste caso, nosso foco era investigar o efeito de pontas afiadas em sua superfície sobre seu desempenho catalítico plasmônico, visto que está bem estabelecido que pontas podem concentrar maiores intensificações de campo elétrico em relação a superfícies arredondadas como resultado do \"efeito para-raios\" o que, por sua vez, pode se traduzir em maiores desempenhos em catálise plasmônica. O desempenho da catálise plasmônica foi testado através da oxidação mediada por SPR do p-aminotiofenol e da benzilamina como reações modelo. Contudo, enquanto nanopartículas de prata e ouro apresentam excitação SPR nas regiões do visível e infravermelho próximo, suas propriedades catalíticas são limitadas em termos de versatilidade. Por outro lado, metais que são importantes em catálise, como o paládio, não apresentam excitação SPR no visível e infravermelho próximo. Por isso, na segunda parte desta dissertação, nós desenvolvemos nanopartículas multimetálicas, compostas de Au e Pd, que nos permitem unir os componentes catalíticos e plasmônicos com o objetivo de enfrentar este desafio. Nós focamos em estruturas do tipo core-shell, com núcleos plasmônicos e cascas catalíticas, na qual a casca apresenta morfologia ramificada. Paramêtros como a espessura da casca puderam ser controlados, e a relação estruturaperformance foi estabelecida através da eletro-oxidação do metanol sobre excitação plasmônica.