Vid produktion av biodiesel produceras även råglycerol (10 vikt%) som biprodukt och utbudet av råglycerol har ökat över de senaste åren till följd av att biodieselproduktionen ökat. Marknadsvärdet för råglycerol är lågt, men det är en utmärkt föregångare till att producera mervärdesprodukter för exempelvis läkemedelsindustrin, kemikalieindustrin eller kosmetika. Genom att reformera glycerol till mervärdesprodukter ökar konkurrenskraftigheten för biodiesel och värdekedjans ekonomiska hållbarhet. Elektrokemisk reformering av glycerol är en lovande metod för att producera dess mervärdesprodukter, eftersom processen är justerbar och miljövänlig. En ytterligare fördel är att vätgas kan samproduceras med mervärdesprodukterna genom denna metod och energikonsumtionen för att producera vätgas genom denna metod är ungefär hälften av vad som krävs vid vattenelektrolys. Denna studie utvärderar hur masstransport påverkar selektiviteten och prestandan för elektrokemisk oxidation av glycerol, genom att utföra elektrokemiska experiment, karaktärisera processens katalysator och analysera produkter som produceras.  Den experimentella uppställningen innefattar en roterande diskelektrod med ett elektrodepositerat lager av Pd, på ett Ni-substrat, i varierande tjocklek. Elektroden undersöks i elektrolyter bestående av varierande koncentration av NaOH (1, 0.5 och 0.25 M) och 0.5 M glycerol vid 25 oC. Systemet konstrueras även som modell i Comsol Multiphysics 6.0 för att simulera experiment. Resultaten visar att masstransport av glycerol begränsar systemet genom att orsaka deaktiveringen av katalysatorn. Vid de lägre NaOH koncentrationerna begränsar även masstransport av OH- reaktionshastigheten genom att miljön omgärdande elektroden blir mindre oxidativ. Slutligen visas att reaktionsmekanismen vid alla tjocklekar av katalysatorn utgörs av två parallella reaktionsvägar. En ökande tjocklek hos katalysatorn ökar selektiviteten mot den ena reaktionsvägen framför den andra, samt ökar antal oxidationssteg som åstadkoms vid reaktionen. / Biodiesel production gives rise to 10 wt% crude glycerol as a byproduct, which is becoming increasingly available on the market owing to the increased biodiesel production over the last few years. Crude glycerol has a low market value, but it is an excellent precursor to producing value added products for the pharmaceutical industry, chemical industry or cosmetics to mention a few. By producing value added products with biodiesel derived glycerol, the ability of biodiesel to compete with fossil fuels is improved and its economical sustainability is promoted. One of the most promising methods to convert glycerol into its value added products is electrochemical reforming, as it poses high tunability and is an environmentally friendly process. Additionally, the process produces hydrogen concurrently and halves the energy consumption compared to producing hydrogen from water electrolysis. This study evaluates the impact of mass transport in the glycerol electrooxidation reaction (GEOR), as a parameter that can be used to finetune product selectivity and optimise the system performance. To do so, the study employs electrochemical experiments, catalyst characterisation and product analysis. The experimental setup consists of a rotating disk electrode (RDE) cell with electrodeposited Pd on Ni substrate at varying thicknesses, operating in 1, 0.5, 0.25 M NaOH and 0.5 M glycerol electrolyte at 25 oC. Additionally, the system is modelled in Comsol Multiphysics 6.0 which is used to perform simulations. It is found that mass transport of glycerol is limiting the system by causing the deactivation of the catalyst. At lower NaOH bulk concentrations for the thicker electrodes, the mass transport of OH- also limits the reaction rate by causing the formation of a locally less oxidative environment. Finally, it is found that all electrodes pose dual reaction mechanisms. Increasing the electrode thickness promotes one reaction mechanism over the other as well as it increases the number of oxidation steps achieved in the reaction.

Les oxydes de manganèse présentent un grand intérêt en raison de leur activité catalytique pour l'ORR (la réaction de réduction de l’oxygène) en milieu alcalin et peuvent être utilisés comme matériaux sans métaux nobles pour la cathode dans les piles à combustible. La présente thèse est consacrée à l’étude de l’activité d'oxydes de manganèse pour l’ORR. Il a été montré que Mn2O3 avec structure bixbyite a une meilleure activité catalytique vers l'ORR en milieu alcalin que les autres oxydes de manganèse étudiés. L'activité spécifique de Mn2O3 est seulement 4 fois inférieure à celle de Pt à une surtension de 0.3 V (ERH). Le lien entre la structure des oxydes de Mn et l'activité ORR est identifié: l'activité spécifique augmente exponentiellement avec le potentiel du couple redox Mn(III)/Mn(IV) de surface. Pour assurer l'activité électrocatalytique élevée de Mn2O3, il est nécessaire d'ajouter du carbone à la composition d'électrode, ainsi que de garder un potentiel supérieur à 0.7 V (ERH). / Manganese oxides are of great interest due to their catalytic activity towards the ORR (the oxygen reduction reaction) in alkaline media and can be used as noble metal-free materials for the cathode in liquid and polymer electrolyte alkaline fuel cells. The present thesis is devoted to the investigation of the ORR activity of manganese oxides. It was shown that Mn2O3 with bixbyite structure has a better catalytic activity toward the ORR in alkaline media than other investigated manganese oxide, the surface activity of Mn2O3 is only 4 times lower than that of Pt at an overvoltage of 0.3 V (RHE). The link between the structure of Mn oxides and the ORR activity is found: the specific ORR activity exponentially increases with the potential of the surface Mn(III)/Mn(IV) red-ox couple. To ensure the high electrocatalytic activity of Mn2O3, it is necessary to add carbon to the electrode composition, as well as to keep potential above 0.7 V (RHE).

No description available.

En la presente tesis doctoral se realiza un estudio detallado sobre el mecanismo de la reacción de reducción de oxígeno (ORR) en electrodos monocristalinos de platino. Para ello, se han realizado medidas electroquímicas usando la configuración de electrodo rotatorio de menisco colgante (HMRDE) con superficies con distinta estructura superficial y variando condiciones de la disolución de trabajo como el pH, fuerza iónica o la ausencia o presencia de bromuros. La conclusión principal que se extra de estos experimentos es la posibilidad de la existencia de un punto de bifurcación en el mecanismo, implicando el intermedio OOH, antes de la formación de peróxido de hidrógeno. Además, también se estudia la ORR y la reacción de oxidación de ácido fórmico en electrodos monocristalinos de Pt en presencia de acetonitrilo, como estudio previo al estudio de estas reacciones en disolventes orgánicos con pequeñas cantidades de agua. Por último, se estudia la ORR en un Aza-CMP, lo cual permite obtener información fundamental que se puede aplicar en estudios sobre el mecanismo de la ORR en los sitios activos de materiales de carbón funcionalizados con nitrógeno.

La cinétique lente de la réduction de l’oxygène (ORR) est en grande partie responsable de la perte d’énergie de nombreux systèmes de conversion tels que les piles à combustible. Parmi les possibles catalyseurs de l’ORR, les oxydes de type pérovskite sont des candidats prometteurs en milieu alcalin. La présente thèse est consacrée à l’étude de l’activité, du mécanisme et de la stabilité de pérovskites à base de Co et Mn pour l’ORR. Grâce aux techniques d’électrode tournante à disque et disque-anneau (R(R)DE), les études de l’ORR et des transformations d’HO2- sur les couches minces de pérovskite/carbone dans une solution de NaOH ont montré qu’O2 est réduit en OH- via un mécanisme « en série » avec formation d’HO2- intermédiaire. Pour des quantités d’oxyde suffisantes, HO2- est ensuite réduit, ce qui résulte en un mécanisme apparent de 4 électrons. Dans ces électrodes, le carbone joue un double rôle. Il augmente l’activité électrocatalytique en améliorant le contact électrique et il est impliqué dans le mécanisme de l’ORR en catalysant la réduction d’O2 en HO2-, surtout pour les pérovskites à base de cobalt qui sont considérablement moins actives que celles à base de Mn. Néanmoins, l’électrocatalyse de l’ORR semble dégrader les sites actifs des pérovskites. / The sluggish kinetics of the oxygen reduction reaction (ORR) is largely responsible for the energy losses in energy conversion systems such as fuel cells. Among possible inexpensive catalysts for the ORR, perovskite oxides are promising electrocatalysts in alkaline media. The present thesis is devoted to the investigation of the ORR activity, mechanism and stability of some Co and Mn-based perovskites. The rotating (ring) disk electrode (R(R)DE) studies of the ORR and the HO2- transformations on perovskite/carbon thin layers in NaOH electrolyte prove that O2 is reduced to OH- via a “series” pathway with the HO2- intermediate. For high oxide loadings, the formed HO2- species are further reduced to give a global 4 electron pathway. In these electrodes, carbon plays a dual role. It increases the electrocatalytic activity by improving the electrical contact and it is involved in the ORR mechanism by catalyzing the reduction of O2 into HO2-, especially for Co-based perovskites which display lower reaction rates than Mn-based perovskites.