Células a combustível de etanol direto (DEFCs) apresentam um grande potencial como tecnologia para produzir energia limpa, especialmente por fornecer uma eficiente conversão do combustível com baixa emissão de poluentes. Esses tipos de células a combustível operam em baixas temperaturas e convertem diretamente energia química em eletricidade. O etanol apresenta uma grande vantagem com relação ao seu uso, visto que o Brasil pode produzir etanol a partir da cana de açúcar a preços extremamente competitivos. Uma desvantagem é que as DEFC operam à baixa temperatura o que torna as reações de oxidação e redução mais lentas, necessitando de eletrocatalisadores capazes de acelerar essas reações. Eletrocatalisadores a base de Pt são os mais indicados. O presente trabalho tem como objetivo investigar a síntese de ligas binárias e ternárias à base de Pt, Sn e Ni suportadas em carbono Vulcan XC72R. As ligas foram sintetizadas pelo método de impregnação/redução empregando etilenoglicol como agente redutor. As técnicas de caracterização empregadas foram Espectrometria de Retroespalhamento de Rutherford (RBS), Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Transmissão de Alta Resolução (HRTEM), Voltametria Cíclica e Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE). Os ensaios eletroquímicos mostraram, que a adição de estanho e níquel à platina melhora sua atividade catalítica. Além disso, observou-se que a adição de estanho provocou a dilatação do retículo cristalino, enquanto que a adição de níquel provocou a contração do mesmo. A contração do retículo cristalino pode contribuir para uma redução no envenenamento de platina por espécies intermediárias provenientes da eletro-oxidação do etanol, e um conseqüente aumento da atividade catalítica frente à oxidação do etanol. / Direct ethanol fuel cells (DEFCs) show a wide potential as technology to produce clean energy, especially for provide an efficient fuel conversion with low pollutants emission. These are systems that operate at low temperatures and convert chemical energy directly into electricity. Ethanol presents a great advantage in respect to its use, since Brazil can produce ethanol from sugar cane at extremely competitive prices. A disadvantage is that the DEFC operate at low temperature, which makes the oxidation and reduction reactions slower, requiring electrocatalysts able to accelerate these reactions. Pt-based electrocatalysts are the most suitable. The present work aims to investigate the synthesis of binary and ternary alloys based on Pt-Sn-Ni supported on carbon Vulcan XC72R. The alloys were synthesized by the impregnation/reduction method using ethylene glycol as reducing agent. The characterization techniques employed were Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS), X-ray Diffraction (XRD), High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), Cyclic Voltammetry (CV) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). The electrochemical tests showed, as expected, that the addition of tin and nickel to platinum improves its catalytic activity. In addition, it was observed that the addition of tin led to the expansion of the crystalline lattice, while the addition of nickel resulted in it contraction. The contraction of crystalline lattice contribute to a reduction in platinum poisoning by intermediate species coming from ethanol electrooxidation, and a consequent increase in catalytic activity toward ethanol.

Células a combustível de etanol direto (DEFCs) apresentam um grande potencial como tecnologia para produzir energia limpa, especialmente por fornecer uma eficiente conversão do combustível com baixa emissão de poluentes. Esses tipos de células a combustível operam em baixas temperaturas e convertem diretamente energia química em eletricidade. O etanol apresenta uma grande vantagem com relação ao seu uso, visto que o Brasil pode produzir etanol a partir da cana de açúcar a preços extremamente competitivos. Uma desvantagem é que as DEFC operam à baixa temperatura o que torna as reações de oxidação e redução mais lentas, necessitando de eletrocatalisadores capazes de acelerar essas reações. Eletrocatalisadores a base de Pt são os mais indicados. O presente trabalho tem como objetivo investigar a síntese de ligas binárias e ternárias à base de Pt, Sn e Ni suportadas em carbono Vulcan XC72R. As ligas foram sintetizadas pelo método de impregnação/redução empregando etilenoglicol como agente redutor. As técnicas de caracterização empregadas foram Espectrometria de Retroespalhamento de Rutherford (RBS), Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Transmissão de Alta Resolução (HRTEM), Voltametria Cíclica e Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE). Os ensaios eletroquímicos mostraram, que a adição de estanho e níquel à platina melhora sua atividade catalítica. Além disso, observou-se que a adição de estanho provocou a dilatação do retículo cristalino, enquanto que a adição de níquel provocou a contração do mesmo. A contração do retículo cristalino pode contribuir para uma redução no envenenamento de platina por espécies intermediárias provenientes da eletro-oxidação do etanol, e um conseqüente aumento da atividade catalítica frente à oxidação do etanol. / Direct ethanol fuel cells (DEFCs) show a wide potential as technology to produce clean energy, especially for provide an efficient fuel conversion with low pollutants emission. These are systems that operate at low temperatures and convert chemical energy directly into electricity. Ethanol presents a great advantage in respect to its use, since Brazil can produce ethanol from sugar cane at extremely competitive prices. A disadvantage is that the DEFC operate at low temperature, which makes the oxidation and reduction reactions slower, requiring electrocatalysts able to accelerate these reactions. Pt-based electrocatalysts are the most suitable. The present work aims to investigate the synthesis of binary and ternary alloys based on Pt-Sn-Ni supported on carbon Vulcan XC72R. The alloys were synthesized by the impregnation/reduction method using ethylene glycol as reducing agent. The characterization techniques employed were Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS), X-ray Diffraction (XRD), High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), Cyclic Voltammetry (CV) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). The electrochemical tests showed, as expected, that the addition of tin and nickel to platinum improves its catalytic activity. In addition, it was observed that the addition of tin led to the expansion of the crystalline lattice, while the addition of nickel resulted in it contraction. The contraction of crystalline lattice contribute to a reduction in platinum poisoning by intermediate species coming from ethanol electrooxidation, and a consequent increase in catalytic activity toward ethanol.

Células a combustível de etanol direto (DEFCs) apresentam um grande potencial como tecnologia para produzir energia limpa, especialmente por fornecer uma eficiente conversão do combustível com baixa emissão de poluentes. Esses tipos de células a combustível operam em baixas temperaturas e convertem diretamente energia química em eletricidade. O etanol apresenta uma grande vantagem com relação ao seu uso, visto que o Brasil pode produzir etanol a partir da cana de açúcar a preços extremamente competitivos. Uma desvantagem é que as DEFC operam à baixa temperatura o que torna as reações de oxidação e redução mais lentas, necessitando de eletrocatalisadores capazes de acelerar essas reações. Eletrocatalisadores a base de Pt são os mais indicados. O presente trabalho tem como objetivo investigar a síntese de ligas binárias e ternárias à base de Pt, Sn e Ni suportadas em carbono Vulcan XC72R. As ligas foram sintetizadas pelo método de impregnação/redução empregando etilenoglicol como agente redutor. As técnicas de caracterização empregadas foram Espectrometria de Retroespalhamento de Rutherford (RBS), Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Transmissão de Alta Resolução (HRTEM), Voltametria Cíclica e Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE). Os ensaios eletroquímicos mostraram, que a adição de estanho e níquel à platina melhora sua atividade catalítica. Além disso, observou-se que a adição de estanho provocou a dilatação do retículo cristalino, enquanto que a adição de níquel provocou a contração do mesmo. A contração do retículo cristalino pode contribuir para uma redução no envenenamento de platina por espécies intermediárias provenientes da eletro-oxidação do etanol, e um conseqüente aumento da atividade catalítica frente à oxidação do etanol. / Direct ethanol fuel cells (DEFCs) show a wide potential as technology to produce clean energy, especially for provide an efficient fuel conversion with low pollutants emission. These are systems that operate at low temperatures and convert chemical energy directly into electricity. Ethanol presents a great advantage in respect to its use, since Brazil can produce ethanol from sugar cane at extremely competitive prices. A disadvantage is that the DEFC operate at low temperature, which makes the oxidation and reduction reactions slower, requiring electrocatalysts able to accelerate these reactions. Pt-based electrocatalysts are the most suitable. The present work aims to investigate the synthesis of binary and ternary alloys based on Pt-Sn-Ni supported on carbon Vulcan XC72R. The alloys were synthesized by the impregnation/reduction method using ethylene glycol as reducing agent. The characterization techniques employed were Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS), X-ray Diffraction (XRD), High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), Cyclic Voltammetry (CV) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). The electrochemical tests showed, as expected, that the addition of tin and nickel to platinum improves its catalytic activity. In addition, it was observed that the addition of tin led to the expansion of the crystalline lattice, while the addition of nickel resulted in it contraction. The contraction of crystalline lattice contribute to a reduction in platinum poisoning by intermediate species coming from ethanol electrooxidation, and a consequent increase in catalytic activity toward ethanol.

Os efluentes contendo agrotóxicos são a causa de grande preocupação uma vez que estes compostos apresentam toxicidade, persistência no meio ambiente e muitos são recalcitrantes. Dentre os compostos orgânicos utilizados no combate à pragas destacam-se os inseticidas organofosforados, os quais apresentam menor toxicidade quando comparados aos compostos organoclorados. Dois inseticidas organofosforados vêm sendo amplamente utilizados no Brasil, são eles: metil paration (MP) e clorpirifós (CP). Dentre os métodos de tratamento de efluentes, ressaltam-se os processos eletroquímicos com a utilização de eletrodo de diamante dopado com boro, que apresenta alta eficiência na remoção de compostos orgânicos com baixa capacidade de adsorção. Este estudo propõe um método de tratamento para efluente contendo MP e CP (em separado) utilizando eletrodos de diamante dopados com boro (DDB) com diferentes níveis de dopagem (15.000 e 30.000 ppm da relação B/C, designados de DDB15 e DDB30, respectivamente) em meio ácido. Os eletrodos foram caracterizados utilizando técnicas morfológicas e eletroquímicas, tais como Microscopia Eletrônica de Varredura, Microscopia Óptica Digital, Espectroscopia Raman, Difração de Raios X, Voltametria Cíclica e Microscopia Eletroquímica de Varredura. A eficiência no processo de degradação foi acompanhada por técnicas analíticas como espectroscopia na região do UV-Vis, Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) utilizando detectores de espectroscopia na região do UV e detector de arranjo de diodos (DAD) e analisador de carbono orgânico total (COT). A eficiência do processo foi relacionada com o nível de dopagem do eletrodo DDB bem como a natureza dos compostos. As imagens MEV mostraram o crescimento homogêneo dos filmes sobre o substrato titânio e os espectros Raman confirmam o crescimento do carbono com ligações sp3 (diamante) e a incorporação de átomos de boro. As análises de Difração de Raios X mostram a cristalinidade dos filmes DDB bem como a presença de impurezas. As caracterizações eletroquímicas mostram o amplo intervalo de potencial de ambos os eletrodos e a transferência eletrônica do sistema Fe(CN)63-/4- mostrou a maior reversibilidade com o eletrodo mais dopado. O mesmo comportamento foi obtido com a técnica de SECM. Os ensaios de degradação do inseticida MP mostraram que o eletrodo mais dopado foi mais eficiente na diminuição da concentração (valor máximo de 86%) e remoção da matéria orgânica (valor máximo de 72%) com menor consumo de energia elétrica. Em relação à remoção do inseticida CP, não foi observado diferença expressiva nas respostas de remoção do inseticida bem como na mineralização da matéria orgânica utilizando os dois eletrodos DDB. Entretanto, a cinética de remoção foi mais rápida quando utilizou-se o eletrodo DDB30. Deste modo, pode-se dizer que os eletrodos DDB altamente dopados são eficientes na remoção da matéria orgânica, mas a eficiência do aumento de dopagem deve ser associada ao composto a ser degradado. / Effluents containing pesticides are the cause of great concern because these compounds exhibit toxicity, environmental persistence and most are recalcitrant. Among the organic compounds used to combat pests highlight the organophosphate insecticides, which have lower toxicity when compared to organochlorine compounds. Two organophosphate insecticides have been widely used in Brazil, they are: methyl parathion (MP) and chlorpyrifos (CP). Among the methods of wastewater treatment, it emphasizes the electrochemical data with the use of boron-doped diamond electrode, which shows high efficiency in removing organic compounds with low adsorption capacity processes. This study proposes a method of treatment for wastewater containing MP and CP (separately) using electrodes of boron-doped diamond (BDD) with different doping levels (15,000 to 30,000 ppm B/C ratio, designated by BDD15 and BDD30, respectively) in acid medium. The electrodes were characterized using morphological and electrochemical techniques, such as Scanning Electron Microscopy, Digital Optical Microscopy, Raman Spectroscopy, X-Ray Diffraction, Cyclic Voltammetry and Scanning Electrochemical Microscopy. The efficiency of the degradation process was monitored by analytical techniques such as UV-Vis spectroscopy, High Performance Liquid Chromatography (HPLC) using spectroscopic detectors in the UV region and diode array detector (DAD) and the total organic carbon analyzer (COT). The process efficiency is related to the doping level of the BDD electrode and the compounds. The SEM images showed smooth growth of the film on the substrate titanium and the Raman spectra confirm the growth of carbon with sp3 bond (diamond) bonds and the incorporation of boron atoms. Analyses of X-Ray Diffraction showed the crystallinity of the BDD. Electrochemical characterizations showed the wide potential range of both electrodes and the electronic transfer system Fe(CN)63-/4- showed greater reversibility with more doped electrode. The same result was obtained with the SECM technique. MP insecticide assays showed that the most doped electrode was more effective in decreasing the concentration (maximum 86%) and removal of organic matter (maximum 72%) with lower electric consumption. Regarding the insecticide CP removal, no significant difference was observed in the pesticide removal and mineralization of organic matter using two BDD electrodes. However, the kinetics of removal was faster when the BDD30 electrode was used. Thus, it can be stated that highly doped electrodes are efficient in the organic matter removal, but the increase the efficiency of doping should be associated with the compound to be degraded.

No presente trabalho foram preparados eletrodos recobertos com filmes contendo Pt, Ru e Sn pelo método de decomposição térmica de precursores poliméricos sobre um substrato de Ti. Este método permitiu a obtenção de filmes homogêneos e com estequiometria controlada. Foram avaliadas as variáveis relacionadas ao processo de preparação dos eletrodos tais como, temperatura de calcinação e proporções entre os óxidos. As caracterizações estrutural e morfológica dos eletrodos foram feitas pelas técnicas de Difração de Raios-X e Microscopia Eletrônica de Varredura. A atividade eletrocatalítica dos eletrodos foi avaliada pelas técnicas de Voltametria Cíclica, Cronoamperometria, Espectroscopia de Infra-Vermelho in situ e aplicação dos eletrocatalisadores em célula a combustível. Os resultados obtidos indicaram que o método utilizado proporcionou a preparação de eletrodos com alta área superficial devido a formação de uma morfologia contendo poros e trincas. Os eletrodos preparados com a adição de rutênio e estanho à platina apresentaram maior eficiência catalítica para a oxidação das moléculas em estudo em relação aos eletrodos contendo somente platina. Através dos espectros obtidos por FTIR in situ foi possível observar a formação espécies de CO adsorvido à superfície eletródica no potencial a partir de 100 mV (ERH) e CO2 foi produzido a partir de 400 mV (ERH). Estes valores de potencial observados são inferiores aos valores para os eletrodos de Pt pura e confirmam a contribuição do Ru para a oxidação das espécies adsorvidas que bloqueiam a superfície. Para a aplicação em células a combustível, foram preparados dois tipos de catalisadores (suportados e não suportados em pó de carbono), sendo que os catalisadores suportados apresentaram maior densidade de potência em relação aos não suportados. A composição contendo 60 % de Pt apresentou maior desempenho, confirmando os resultados obtidos em meia célula. O método de preparação do catalisador utilizado permitiu, portanto, a síntese de materiais possíveis de serem utilizados em células a combustível de metanol. / In this work we prepared electrodes containing Pt, Ru and Sn on the Ti substrate by thermal decomposition of polymeric precursors. This method yielded homogeneous films with controlled stoichiometry. The parameters of the preparation process like temperature and oxide composition were investigated. The structural and morphological material characterization were performed by X-ray Diffractometry and Scanning Electronic Microscopy. The electrocatalytic activity was investigated by Cyclic Voltammetry, Chronopotentiometry, in situ Infra-Red Spectroscopy and Fuel Cell tests. The obtained results showed that the preparation method lead to electrodes with a high surface area due to the formation of a cracked and porous morphology. The electrodes containing Ru, Sn and Pt presented the higher catalytic efficiency for the oxidation of small organic molecules than the electrodes of pure platinum. The FTIR spectra allow us to observe the formation of adsorbed CO species in potentials from 0.1 V vs RHE potential values and CO2 for potentials ranging from 0.4 V vs RHE. These values are lower than the expected for pure Pt and confirm the role of Ru in the oxidation of strongly adsorbed intermediates. In the Fuel Cell tests, it were prepared two types of catalysts (carbon supported and non supported catalysts). The carbon supported catalysts presented higher power density than the non-supported catalysts. The electrodes containing 60 % mol of Pt showed the high performance which confirms the results obtained in half cell experiments. The employed preparation method permitted the synthesis of materials that presented good possibilities for the application in Direct Methanol Fuel Cells.

Os efluentes contendo agrotóxicos são a causa de grande preocupação uma vez que estes compostos apresentam toxicidade, persistência no meio ambiente e muitos são recalcitrantes. Dentre os compostos orgânicos utilizados no combate à pragas destacam-se os inseticidas organofosforados, os quais apresentam menor toxicidade quando comparados aos compostos organoclorados. Dois inseticidas organofosforados vêm sendo amplamente utilizados no Brasil, são eles: metil paration (MP) e clorpirifós (CP). Dentre os métodos de tratamento de efluentes, ressaltam-se os processos eletroquímicos com a utilização de eletrodo de diamante dopado com boro, que apresenta alta eficiência na remoção de compostos orgânicos com baixa capacidade de adsorção. Este estudo propõe um método de tratamento para efluente contendo MP e CP (em separado) utilizando eletrodos de diamante dopados com boro (DDB) com diferentes níveis de dopagem (15.000 e 30.000 ppm da relação B/C, designados de DDB15 e DDB30, respectivamente) em meio ácido. Os eletrodos foram caracterizados utilizando técnicas morfológicas e eletroquímicas, tais como Microscopia Eletrônica de Varredura, Microscopia Óptica Digital, Espectroscopia Raman, Difração de Raios X, Voltametria Cíclica e Microscopia Eletroquímica de Varredura. A eficiência no processo de degradação foi acompanhada por técnicas analíticas como espectroscopia na região do UV-Vis, Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) utilizando detectores de espectroscopia na região do UV e detector de arranjo de diodos (DAD) e analisador de carbono orgânico total (COT). A eficiência do processo foi relacionada com o nível de dopagem do eletrodo DDB bem como a natureza dos compostos. As imagens MEV mostraram o crescimento homogêneo dos filmes sobre o substrato titânio e os espectros Raman confirmam o crescimento do carbono com ligações sp3 (diamante) e a incorporação de átomos de boro. As análises de Difração de Raios X mostram a cristalinidade dos filmes DDB bem como a presença de impurezas. As caracterizações eletroquímicas mostram o amplo intervalo de potencial de ambos os eletrodos e a transferência eletrônica do sistema Fe(CN)63-/4- mostrou a maior reversibilidade com o eletrodo mais dopado. O mesmo comportamento foi obtido com a técnica de SECM. Os ensaios de degradação do inseticida MP mostraram que o eletrodo mais dopado foi mais eficiente na diminuição da concentração (valor máximo de 86%) e remoção da matéria orgânica (valor máximo de 72%) com menor consumo de energia elétrica. Em relação à remoção do inseticida CP, não foi observado diferença expressiva nas respostas de remoção do inseticida bem como na mineralização da matéria orgânica utilizando os dois eletrodos DDB. Entretanto, a cinética de remoção foi mais rápida quando utilizou-se o eletrodo DDB30. Deste modo, pode-se dizer que os eletrodos DDB altamente dopados são eficientes na remoção da matéria orgânica, mas a eficiência do aumento de dopagem deve ser associada ao composto a ser degradado. / Effluents containing pesticides are the cause of great concern because these compounds exhibit toxicity, environmental persistence and most are recalcitrant. Among the organic compounds used to combat pests highlight the organophosphate insecticides, which have lower toxicity when compared to organochlorine compounds. Two organophosphate insecticides have been widely used in Brazil, they are: methyl parathion (MP) and chlorpyrifos (CP). Among the methods of wastewater treatment, it emphasizes the electrochemical data with the use of boron-doped diamond electrode, which shows high efficiency in removing organic compounds with low adsorption capacity processes. This study proposes a method of treatment for wastewater containing MP and CP (separately) using electrodes of boron-doped diamond (BDD) with different doping levels (15,000 to 30,000 ppm B/C ratio, designated by BDD15 and BDD30, respectively) in acid medium. The electrodes were characterized using morphological and electrochemical techniques, such as Scanning Electron Microscopy, Digital Optical Microscopy, Raman Spectroscopy, X-Ray Diffraction, Cyclic Voltammetry and Scanning Electrochemical Microscopy. The efficiency of the degradation process was monitored by analytical techniques such as UV-Vis spectroscopy, High Performance Liquid Chromatography (HPLC) using spectroscopic detectors in the UV region and diode array detector (DAD) and the total organic carbon analyzer (COT). The process efficiency is related to the doping level of the BDD electrode and the compounds. The SEM images showed smooth growth of the film on the substrate titanium and the Raman spectra confirm the growth of carbon with sp3 bond (diamond) bonds and the incorporation of boron atoms. Analyses of X-Ray Diffraction showed the crystallinity of the BDD. Electrochemical characterizations showed the wide potential range of both electrodes and the electronic transfer system Fe(CN)63-/4- showed greater reversibility with more doped electrode. The same result was obtained with the SECM technique. MP insecticide assays showed that the most doped electrode was more effective in decreasing the concentration (maximum 86%) and removal of organic matter (maximum 72%) with lower electric consumption. Regarding the insecticide CP removal, no significant difference was observed in the pesticide removal and mineralization of organic matter using two BDD electrodes. However, the kinetics of removal was faster when the BDD30 electrode was used. Thus, it can be stated that highly doped electrodes are efficient in the organic matter removal, but the increase the efficiency of doping should be associated with the compound to be degraded.

No presente trabalho foram preparados eletrodos recobertos com filmes contendo Pt, Ru e Sn pelo método de decomposição térmica de precursores poliméricos sobre um substrato de Ti. Este método permitiu a obtenção de filmes homogêneos e com estequiometria controlada. Foram avaliadas as variáveis relacionadas ao processo de preparação dos eletrodos tais como, temperatura de calcinação e proporções entre os óxidos. As caracterizações estrutural e morfológica dos eletrodos foram feitas pelas técnicas de Difração de Raios-X e Microscopia Eletrônica de Varredura. A atividade eletrocatalítica dos eletrodos foi avaliada pelas técnicas de Voltametria Cíclica, Cronoamperometria, Espectroscopia de Infra-Vermelho in situ e aplicação dos eletrocatalisadores em célula a combustível. Os resultados obtidos indicaram que o método utilizado proporcionou a preparação de eletrodos com alta área superficial devido a formação de uma morfologia contendo poros e trincas. Os eletrodos preparados com a adição de rutênio e estanho à platina apresentaram maior eficiência catalítica para a oxidação das moléculas em estudo em relação aos eletrodos contendo somente platina. Através dos espectros obtidos por FTIR in situ foi possível observar a formação espécies de CO adsorvido à superfície eletródica no potencial a partir de 100 mV (ERH) e CO2 foi produzido a partir de 400 mV (ERH). Estes valores de potencial observados são inferiores aos valores para os eletrodos de Pt pura e confirmam a contribuição do Ru para a oxidação das espécies adsorvidas que bloqueiam a superfície. Para a aplicação em células a combustível, foram preparados dois tipos de catalisadores (suportados e não suportados em pó de carbono), sendo que os catalisadores suportados apresentaram maior densidade de potência em relação aos não suportados. A composição contendo 60 % de Pt apresentou maior desempenho, confirmando os resultados obtidos em meia célula. O método de preparação do catalisador utilizado permitiu, portanto, a síntese de materiais possíveis de serem utilizados em células a combustível de metanol. / In this work we prepared electrodes containing Pt, Ru and Sn on the Ti substrate by thermal decomposition of polymeric precursors. This method yielded homogeneous films with controlled stoichiometry. The parameters of the preparation process like temperature and oxide composition were investigated. The structural and morphological material characterization were performed by X-ray Diffractometry and Scanning Electronic Microscopy. The electrocatalytic activity was investigated by Cyclic Voltammetry, Chronopotentiometry, in situ Infra-Red Spectroscopy and Fuel Cell tests. The obtained results showed that the preparation method lead to electrodes with a high surface area due to the formation of a cracked and porous morphology. The electrodes containing Ru, Sn and Pt presented the higher catalytic efficiency for the oxidation of small organic molecules than the electrodes of pure platinum. The FTIR spectra allow us to observe the formation of adsorbed CO species in potentials from 0.1 V vs RHE potential values and CO2 for potentials ranging from 0.4 V vs RHE. These values are lower than the expected for pure Pt and confirm the role of Ru in the oxidation of strongly adsorbed intermediates. In the Fuel Cell tests, it were prepared two types of catalysts (carbon supported and non supported catalysts). The carbon supported catalysts presented higher power density than the non-supported catalysts. The electrodes containing 60 % mol of Pt showed the high performance which confirms the results obtained in half cell experiments. The employed preparation method permitted the synthesis of materials that presented good possibilities for the application in Direct Methanol Fuel Cells.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:36:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6405.pdf: 3819979 bytes, checksum: 35dd3fbbb523d12b831a36971afa67b9 (MD5) Previous issue date: 2014-07-28 / Universidade Federal de Minas Gerais / Fuel cell is an alternative studied in recent years for energy conversion. A problem of this type of device is the choice of anode material and fuel used. Thus, different materials have been proposed besides the pure metals, such as alloys and metallic multilayers, and the direct conversion cell using small organic molecules has received particular attention. In this work we developed metallic multilayer Ptpc/Rh/Pt materials for the electroxidation of methanol and carbon monoxide. The technique used for the characterization of the electrodes and also to study the electroxidation of methanol and carbon monoxide was cyclic voltammetry. In addition, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used in order to characterize the oxidation of methanol on these multilayers. The methanol electroxidation showed an onset potencial shifted towards more negative potencials over Ptpc/Rh/Pt and the peak current density increased about 283% over Ptpc/Rh2.0/Pt1.0 compared to Ptpc. EIS data indicated a lower resistance to charge transfer in the reactions performed on multilayers. Carbon monoxide electroxidation showed a higher current density for all multilayers electrodes when compared to Ptpc. / A célula à combustível é uma das alternativas mais estudadas nos últimos anos para a conversão de energia. Um dos problemas deste tipo de dispositivo está na escolha do material do ânodo e no combustível utilizado. Desta forma, diferentes materiais têm sido propostos além dos metais puros, como ligas e multicamadas metálicas, e a célula de conversão direta utilizando pequenas moléculas orgânicas tem recebido especial atenção. Neste trabalho foi desenvolvida a multicamada metálica Ptpc/Rh/Pt para a eletroxidação de metanol e monóxido de carbono. A técnica utilizada para a caracterização dos eletrodos produzidos e também para o estudo da eletroxidação de metanol e monóxido de carbono foi a voltametria cíclica. Além disso, foi utilizada a espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) para a caracterização do processo de oxidação do metanol sobre essas multicamadas. Para a eletroxidação do metanol, foi observado que o processo é iniciado em potencias mais negativos sobre Ptpc/Rh/Pt e os valores de densidade de corrente aumentaram 283% sobre Ptpc/Rh2,0/Pt1,0 em relação à Ptpc. Dados de EIS indicaram uma menor resistência à transferência de carga nas reações realizadas sobre as multicamadas. Para a eletroxidação do monóxido de carbono, foi observado que todos os eletrodos apresentaram maior densidade de corrente que a Ptpc.

Neste trabalho foram estudados os produtos gerados pela eletrooxidação do 2,6-bis(dietanolamina)-4,8-dipiperidinapirimida-[5,4-d] pirimidina, Dipiridamol. Atualmente o Dipiridamol é um dos fármacos que induzem vasodilatação coronariana mais utilizados em Cardiologia Nuclear em diferentes técnicas aplicadas na aquisição e processamento de imagens (cintilografia miocárdica de perfusão, cintilografia de necrose miorcárdica, ressonância magnética do coração, ventriculografia e angiocardiografia radio-isotópica). Na prática clínica, o emprego do dipiridamol baseia-se na diminuição da agregação plaquetária, elevação dos níveis de adenosina e na potencialização dos efeitos da Aspirina®. A eletrooxidação do Dipiridamol em acetonitrila é caracterizada por dois processos consecutivos envolvendo a perda de um elétron em cada etapa de oxidação. Diferentemente do meio aprótico, a eletrooxidação do Dipiridamol em meio aquoso ácido, apresenta apenas uma única etapa de oxidação que corresponde à perda de dois elétrons. A eletrooxidação foi realizada em condições de potencial controlado para a retirada de um ou de dois elétrons. Espectros de Absorção Ótica e de Fluorescência foram obtidos após as eletrooxidações para o acompanhamento da estabilização e caracterização parcial dos produtos de oxidação eletroquímica nos diferentes meios. Após a estabilização dos produtos utilizou-se a técnica de Extração em Fase Sólida para a retirada do sal eletrolítico, obtendo-se dois tipos de frações, uma aquosa e outra metanólica, na eletrooxidação em acetonitrila. Essas frações foram estudadas por meio de Espectrometria de Massas acoplada à Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (LC-MS). Não foi utilizada Extração em Fase Sólida para os compostos obtidos pela eletrólise em meio aquoso ácido, os quais, foram analisados diretamente por LC-MS. Os produtos obtidos das eletrooxidações do Dipiridamol foram parcialmente caracterizados. Todas as eletrólises levaram à formação de isômeros com m/z de 472 [M+H]+, 269 [M+H]+, 519 [M+H]+ e 505 [M+H]+. A elucidação estrutural completa destes produtos não foi possível devido à instabilidade e à baixa concentração dos mesmos o que impossibilitou a realização de estudos mais detalhados de caracterização estrutural. / In this work the products obtained in the eletrooxidation reactions of 2,6- bis(diethanolamino)-4,8-dipiperidinopyrimido-[5,4-d] pyrimidine (Dipyridamole) were studied. Dipyridamole is a drug that induce the coronary vasodilatation mostly used in Nuclear Cardiology in different techniques based on acquisition and image processing ( perfusion heart cintilography, heart necrosis cintilography, heart magnetic resonance, ventriclegraphy and radio-isotopic coronary angioplasty). In clinical medicine, Dipyridamole is used for decreasing platelet aggregation, increasing the adenosine levels and co-activating Aspirine® effects. The eletrooxidation of the Dipyridamole in acetonitrile is characterized by two consecutives processes involving the release of one electron in each stage of oxidation. Differently from aprotic medium, the electrooxidation of Dipyridamole in acid aqueous media shows a single oxidation stage corresponding to the release of two electrons. Electrooxidation was performed in Controlled Potential Conditions using a potential necessary to remove one or two electrons. Optical Absorption and Fluorescence Emission Spectra were obtained after the electrooxidation to monitor the electrochemical oxidation products stabilization in different media. After allowing the products stabilization Solid Phase Extraction tecnique was used to remove the electrolytical salt, and, two different fractions were obtained, an aqueous one and a methanolic one upon the electrooxidation in acetonitrile. These fractions were studied by Mass Spectrometry combined with High Performance Liquid Chromatography. (LC-MS). Solid Phase Extraction was not used for the products obtained in acid aqueous medium eletrolysis, and they were directly analyzed by LCMS. The products obtained from Dipiridamol eletrooxidations were partially characterized. Every electrooxidation formed isomers with m/z de 472 [M+H]+, 269 [M+H]+, 519 [M+H]+ and 505 [M+H]+. The complete structural elucidation of these products was not possible due to their instability and the low concentration obtained in the purification, which was insufficient for futher detailed studies such as nuclear magnetic resonance analysis.

As células a combustível de borohidreto direto apresentam uma alta voltagem teórica (1,64 V) e alto número de elétrons por íon do combustível. Além disso, a utilização de eletrólitos alcalinos abre a possibilidade do uso de metais eletrocatalisadores não nobres e, por conseqüência, economicamente viáveis para aplicação prática. Entretanto, a falta de um eletrocatalisador altamente eficiente para a reação de oxidação de borohidreto limita o desempenho desses dispositivos, pois a oxidação total do borohidreto, envolvendo 8 elétrons por espécie BH4-, compete com vias paralelas de reação, com menor número de elétrons trocados por cada ânion BH4-. Recentemente, simulações e cálculos teóricos foram feitos para determinar os passos elementares da cinética da reação e, também, para guiar a confecção de eletrocatalisadores metálicos para a oxidação de borohidreto. Baseado nos resultados dos estudos teóricos, este trabalho teve como objetivo a investigação da eletrocatálise desta reação em nanopartículas, suportadas sobre pó de carbono, de metais puros, Au/C, Ag/C, Pt/C e Pd/C e em nanopartículas bimetálicas, formadas pela combinação entre estes metais. Os eletrocatalisadores foram sintetizados por métodos de redução química e/ou de impregnação e foram caracterizados por Difratometria de Raios X, Microscopia Eletrônica de Transmissão de Alta Resolução e Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios X. As atividades eletrocatalíticas foram medidas através de curvas de polarização usando eletrodo de disco rotatório. A hidrólise, com a consequente formação de H2, foi monitorada em função do potencial do eletrodo por meio de medidas de espectrometria de massas eletroquímica diferencial on-line. Os experimentos eletroquímicos, para os eletrocatalisadores de metais puros, mostraram maior atividade para Pd/C, o que foi atribuído à usa alta atividade para a eletro-oxidação do intermediário BH3OH-. O estudo do efeito da concentração de BH4-, de BH3OH- mostrou que os potenciais de onset tenderam a menores valores com o aumento da concentração, indicando que as correntes Faradaicas de eletro-oxidação direta do borohidreto e de hidroxiborano foram muito maiores que as correntes de oxidação e de desprendimento de H2. O aumento da carga de Pd/C no eletrodo levou a um aumento da corrente global de reação em baixos potenciais, o que se traduz em um efeito do aumento de área total. Dentre os materiais bimetálicos investigados, a combinação entre Pt2Pd/C apresentou a maior corrente Faradaica. O material de AgPd/C apresentou o menor potencial de onset de reação. Apesar dos resultados teóricos indicarem o aumento da atividade do Pd/C com a inserção de Ag, os resultados eletroquímicos e de espectrometria de massas indicaram maior atividade para o Pd/C puro e baixo efeito sinérgico entre os átomos de Ag e Pd. Isso foi associado ao baixo grau de interação entre os átomos de Ag e Pd nas composições atômicas investigadas. / The direct borohydride fuel cells (DBFC) display a high theoretical cell voltage (1.64) and a high electron number per borohydride ion. Furthermore, the DBFC also presents the advantages of alkaline fuel cells, in which it is possible to use non-noble metal electrocatalysts and, hence, it is economically feasible for practical applications. However the lack of highly efficient electrocatalysts for the borohydride oxidation reaction (BOR) limits the performance of these devices, since its total oxidation, involving the transfer of eight electrons per BH4- ion, competes with parallel reaction pathways with a lower number of exchanged electrons. Recently, theoretical calculations were applied to determine the elementary steps of the reaction kinetics and also to guide metallic electrocatalyst design for borohydride oxidation. Based on the theoretical results, this work aimed at the BOR electrocatalysis investigation on carbon supported nanoparticles, of pure metals, Au/C, Ag/C, Pt/C and Pd/C, and on bimetallic nanoparticles, composed by the combination of these metals. The electrocatalysts were synthesized by chemical and/or impregnation reduction methods, and X-Ray Diffraction, High Resolution Transmission Electron Microscopy and X-Ray Energy Dispersive Spectroscopy techniques were used for their physical characterization. The electrocatalytic activities were studied by steady state polarization curves using rotating disc electrodes. The borohydride hydrolysis, with the production of H2, was monitored in function of the electrode potential by on-line differential electrochemical mass spectrometry. The electrochemical experiments for the pure metal electrocatalysts showed higher electrocatalytic activity for Pd/C, and this was attributed to its high activity for BH3OH- electro-oxidation. The study of BH4- and BH3OH- concentration effect showed that with the increase of concentration, the onset potential shifted to lower values, indicating that the Faradaic currents of borohydride and hydroxyborane electro-oxidation were much higher than the current for the H2 evolution. The increase in the Pd/C load on the electrode led to an increase of the global current reaction at low potentials, which was associated to an increase in total surface area. Among the investigated bimetallic materials, the Pt2Pd/C electrocatalyst presented the higher Faradaic current. The Ag2Pd/C material showed the lower reaction potential onset. Although theoretical calculations pointed out to an increased activity of the Ag-modified Pd/C electrocatalysts in relation to that of pure Pd/C, the electrochemical and mass spectrometry results of this work indicated higher activity for pure Pd/C, and low synergic effect between the Ag and Pd atoms. This was associated to the low degree of interaction between Ag and Pd for the present investigated atomic composition.