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Estudo da redução de iminas / Stydy of imine reduction

Rocha, Daniele Fernanda de Oliveira, 1982- 12 December 2008 (has links)
Orientador: Antonio Claudio Herrera Braga / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T16:47:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rocha_DanieleFernandadeOliveira_M.pdf: 3918609 bytes, checksum: ca79955ba1bba5d8eb4ed332338d0115 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Neste trabalho foi estudado o comportamento de uma série de iminas estruturalmente análogas quando submetidas à biocatálise com fermento de pão e cenoura. Também foi testado NaBH4 em conjunto com alguns aminoálcoois de diferentes tamanhos, como 1-amino-2-propanol, prolinol e 2-a-hidroxibenzil-benzimidazol ou ácido tartárico. A utilização da biocatálise já é consolidada para a redução assimétrica de carbonilas, mas para a ligação C=N há poucos relatos na literatura, devido à facilidade com que esta ligação sofre hidrólise em meios aquosos. Os resultados foram negativos para biocatálise, apresentando hidrólise do substrato em diversas condições e solventes testados, mesmo com a utilização de 18-C-6 como aditivo e com a imobilização do substrato ou do fermento. As causas destes resultados podem ser tanto a falta de afinidade das enzimas com os substratos testados quanto a instabilidade dos mesmos nos meios utilizados. Foi aplicada uma metodologia bastante simples, com mistura manual de ambos em um almofariz. Testadas várias condições e diferentes solventes, nenhuma delas proporcionou um bom excesso enantiomérico. Uma provável causa para estes resultados pode ser a não eficiência da complexação entre o NaBH4 e os reagentes quirais. Testes de EM e RMN de B e H mostram a formação de um boroidreto quiral, mas não em quantidade suficiente para gerar maior assimetria na redução. Uma grande contribuição deste trabalho é a caracterização de um boroidreto quiral formado a partir de NaBH4 e S-(+)-2- a-hidroxibenzil-benzimidazol já reportado na literatura, mas sem um conjunto de dados conciso acerca de sua estrutura. Este composto gerou o maior excesso enantiomérico 27%, para a redução de N-benzil-(1-feniletilideno)amina / Abstract: This project studies the behavior of a series of imines structurally analogues in bioreductions with baker yeast and carrots, and also with NaBH4 using alternative chiral reagents like 1-amine-2-propanol, prolinol and 2-a- hidroxybenzyl-benzimidazole or tartaric acid. For biocatalysis we investigated different temperatures, solvents and proportions of reagents, but all conditions resulted in hydrolysis of the substrate. The instability of the imines or the lack of affinity can be the cause for these results, even using 18-C-6 as additive and immobilized yeast or substrate. By the chemical imine reduction we tried a simple method of induction, mixing manually NaBH4 and the chiral reagent in a mortar, using different solvents and temperatures, but none of them gave a good enantiomeric excess. Probably there was no coupling between NaBH4 and the chiral reagents, and consequently no preference in for one face in the reduction transition state. MS and NMR analysis have shown the formation of a chiral borohydride, but not an enough amount to give asymmetry in the reduction. A great contribution of this project is the characterization of a chiral borohydride obtained from NaBH4 and S-(+)-2-a-hydroxybenzyl-benzimidazole. It was previously reported, but with no confirmation of its structure. This compound reduced Nbenzyl-(1-phenyletilidene)amine with 27% enantiomeric excess / Mestrado / Quimica Organica / Mestre em Química
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Fenômenos não-lineares na eletro-oxidação do íon boroidreto / Non-linear phenomena during borohydride electro-oxidation

Machado, Eduardo Giangrossi 14 May 2012 (has links)
Apesar de toda a atenção dada à eletro-oxidação do íon boroidreto, pela possibilidade de seu uso em células a combustível, pouco se tem discutido a respeito das instabilidades cinéticas associadas a esse processo. A maioria das pesquisas tem como foco o estudo da cinética dos processos na região de baixos sobrepotenciais, numa região relativamente próxima ao estado de equilíbrio termodinâmico. Em uma região afastada do equilíbrio, diferentes mecanismos regem o sistema e desta forma diferentes informações podem ser obtidas. O objetivo da presente dissertação consiste na investigação sistemática da cinética complexa associada aos processos de adsorção, oxidação e interação do íon boroidreto em superfícies policristalinas de platina. As investigações foram realizadas em condições afastadas do equilíbrio utilizando-se técnicas eletroquímicas convencionais, incluindo: voltametria cíclica, cronoamperometria, experimentos quase estacionários sob controle potenciostático utilizando diferentes valores de resistência total e transientes de circuito aberto. Dentre os resultados obtidos pode-se destacar: a alta velocidade na redução dos óxidos de platina em transientes de circuito aberto (i.e. 0,5 s), sendo esta mais alta do que para álcoois ou hidrogênio; dois processos auto-catalíticos no perfil de potencial de circuito aberto, que podem ser relacionadas com uma biestabilidade do sistema; as oscilações de corrente obtidas em experimentos quase estacionários utilizando diferentes valores de resistência externa; e as oscilações de baixa frequência obtidas na ausência de resistência externa presentes em uma ampla faixa de potencial. Estes resultados apresentam aspectos tecnológicos, como a relação direta entre o baixo tempo de redução de óxido e a perda de desempenho de células a combustível por conta de difusão de combustível, e fundamentais, como a emergência de oscilações e a caracterização do sistema como N-NDR, que podem contribuir para um maior entendimento sobre o uso deste combustível. Esses são resultados ainda não explorados na literatura e o presente trabalho propõe o preenchimento desta lacuna. / Despite all attention given to the electro-oxidation of the ion borohydride, for its applicability in fuel cells, few discussions have been made on the kinetical instabilities possibly present on this process. Most researches focuses on the kinetical study of these processes at a low overpotential range, relatively close to the thermodynamic equilibrium. Under far from thermodynamic condition, different mechanisms rule the system and different information can be obtained. The present dissertation aims at a systematic investigation of the complex kinetic associated to the adsorption, oxidation and interaction processes of the borohydride ion over polycrystalline platinum surface. The investigations were realized under far from thermodynamic equilibrium conditions using conventional electrochemical techniques, including: cyclic voltammetry, chronoamperometry, quasi-steady experiments under potentiostac control using different values of external resistance and open circuit transients. Among the results it is possible to highlight: the fast reduction of platinum oxides in open circuit transients (i.e. 0.5s), which is faster than when alcohol or hydrogen is used; two auto-catalytic processes in the open-circuit profile, which can be related to a bistability of the system; current oscillations in quasi-steady experiments using different values of external resistances; and the low frequency oscillations obtained without external resistance under a large potential range. These results show technological aspects, such as the direct relationship of the short time for oxide reduction and the performance loss of a fuel cell by crossover, and fundamental, such as the emergency of oscillations and the characterization of the system as a N-NDR, which can contribute to a better understanding of this fuel. These are yet not explored results in literature and the present research propose filling the gap.
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Eletrocatálise das reações de oxidação de hidrogênio e boroidreto de sódio em catalisadores dispersos formados com ligas de hidreto metálico / Electrocatalysis of the Hydrogen Oxidation Reaction and Sodium Borohydride on Dispersed Catalysts Formed by AB5-type Metal Hydride Alloys

Paschoalino Junior, Waldemir José 15 March 2016 (has links)
Este trabalho teve por objetivo a pesquisa e o desenvolvimento de catalisadores formados por ligas formadoras de hidreto metálico (LaNi4,7Sn0,2Cu0,1, LaNi4,78Al0,22, LaNi4,78Mn0,22 e LaNi4,7Sn0,2Co0,1), com e sem depósitos de metais nobres (Pt, Au, Pd), para uso no ânodo de células a combustível alcalinas. Buscou-se o entendimento do mecanismo da reação de oxidação de boroidreto de sódio em meio alcalino nestes diferentes materiais em diferentes configurações de eletrodos e em diversas concentrações de boroidreto. As ligas foram preparadas pelo método de fusão em forno a arco e os metais nobres foram depositados por troca galvânica. A caracterização físico-composicional foi feita por energia dispersiva de raios X (EDS), análise elementar, difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Já a caracterização eletroquímica foi feita por voltametria cíclica, curvas de capacidade de descarga, curvas de polarização e espectrometria de massas eletroquímica online (OLEMS). Os resultados mostraram que a quantidade de material nobre presente nas ligas foi da ordem de 0,1 a 0,3 % e suas composições e organizações estruturais foram investigadas por EDS, DRX e MET. Os resultados eletroquímicos mostraram que o estado de hidretação da liga base é um fator importante na definição da cinética da reação de oxidação de boroidreto e que a extensão da formação de hidreto é dependente da velocidade do processo de hidrólise dos íons boroidreto, da capacidade da liga em estocar hidrogênio e da cinética de difusão dos átomos de hidrogênio atômico no interior das ligas. A atividade para a reação direta de oxidação de boroidreto foi baixa para as ligas que não continham em suas composições os metais nobres, entretanto a taxa de hidrólise para estes foi menor e a capacidade de armazenamento de hidrogênio foi maior. Os resultados também mostraram, para todas as diferentes composições, que as ligas podem ser carregadas com hidrogênio atômico tanto eletroquimicamente quanto pela exposição à solução de boroidreto. Foi observado que houve contínua hidretação de todas as ligas durante ensaios cronoamperométricos na presença de boroidreto. Esses fenômenos indicaram que a liga LaNi4.7Sn0.2Cu0.1 sem a deposição de metais nobres é a mais indicada para uma futura aplicação em um sistema DBFC/MHB (célula a combustível de boroidreto direto/bateria de hidreto metálico). / This work provides insights into the processes involved in the borohydride oxidation reaction (BOR) and hydrogen oxidation reaction in alkaline media on metal hydride alloys formed by LaNi4.7Sn0.2Cu0.1 and LaNi4.78Al0.22 with and without deposited Pt, Pd and Au, LaNi4,78Mn0,22 and LaNi4,7Sn0,2Co0,1. Measurements of BET, TEM, in situ XRD, DRIFTS, RRDE (gold ring) and OLEMS were made with the aim to characterize all the materials by different methodologies. The present investigation showed that the state of hydriding of LaNi4.7Sn0.2Cu0.1 and LaNi4.78Al0.22 is important in defining the kinetics and outcome of the BOR at these materials. The extent of hydride formation has been shown to depend on the rate of the BH4- hydrolysis, the hydrogen storage capacity of the alloy, and kinetics of H atom diffusion inside the alloy. The activity for the direct BOR is low in both bare metal hydride alloys, but the rate of the BH4- hydrolysis and the hydrogen storage capacity are higher, while the rate of H diffusion is slower in the bare LaNi4.78Al0.22. Results have shown that both the bare and all the noble metal modified alloys can be hydrided either electrochemically or by exposure to BH4- solutions, although for the LaNi4.78Al0.22-based materials the extent of this phenomenon is smaller. A continuous hydriding of all LaNi4.7Sn0.2Cu0.1-based and the bare LaNi4.78Al0.22 alloys are observed in the chronoamperometric BH4- oxidation measurements at low current densities. Addition of Pt on both alloys resulted in an increase of the BH4- hydrolysis, but the H2 formed is rapidly oxidized, confirming the initial predictions for this noble metal. In addition, the rates of the alloy hydriding/de-hydriding were not significantly affected by the presence of Pt, but this was not the case for Pd and Au, for which there was a drastic reduction of the rate of these processes. In the case of gold some increase of the BH4- hydrolysis is observed, although its presence does not change significantly the performances of the bare alloys. It was possible to confirm the formation of BH3OH- for all the samples by RRDE measurements, however for LaNi4.7Sn0.2Cu0.1 the formation of this product was lower compared to the other samples. Results showed that the first step of the electrode process is the hydriding of alloy by the hydrogen formed in the BH4- hydrolysis. The in situ XRD results have shown that the method of charging of the alloy, electrochemical or chemical, leads to different phase predominance and different site occupancies, but both methods lead to almost the same discharge capacity. In the electrolysis process, the α-β phase transition is predominant while in the chemical charging by the exposure to borohydride solution the α-β phase transition is more important. The results have also shown that the alloys with and without Pt lead essentially to the same phenomena, either with respect to the alloy structure and the electrochemical characteristics. All these phenomena point to the bare LaNi4.7Sn0.2Cu0.1 as a more adequate alloy system for applications in DBFC/MHB batteries.
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Eletrocatálise das reações de oxidação de hidrogênio e boroidreto de sódio em catalisadores dispersos formados com ligas de hidreto metálico / Electrocatalysis of the Hydrogen Oxidation Reaction and Sodium Borohydride on Dispersed Catalysts Formed by AB5-type Metal Hydride Alloys

Waldemir José Paschoalino Junior 15 March 2016 (has links)
Este trabalho teve por objetivo a pesquisa e o desenvolvimento de catalisadores formados por ligas formadoras de hidreto metálico (LaNi4,7Sn0,2Cu0,1, LaNi4,78Al0,22, LaNi4,78Mn0,22 e LaNi4,7Sn0,2Co0,1), com e sem depósitos de metais nobres (Pt, Au, Pd), para uso no ânodo de células a combustível alcalinas. Buscou-se o entendimento do mecanismo da reação de oxidação de boroidreto de sódio em meio alcalino nestes diferentes materiais em diferentes configurações de eletrodos e em diversas concentrações de boroidreto. As ligas foram preparadas pelo método de fusão em forno a arco e os metais nobres foram depositados por troca galvânica. A caracterização físico-composicional foi feita por energia dispersiva de raios X (EDS), análise elementar, difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Já a caracterização eletroquímica foi feita por voltametria cíclica, curvas de capacidade de descarga, curvas de polarização e espectrometria de massas eletroquímica online (OLEMS). Os resultados mostraram que a quantidade de material nobre presente nas ligas foi da ordem de 0,1 a 0,3 % e suas composições e organizações estruturais foram investigadas por EDS, DRX e MET. Os resultados eletroquímicos mostraram que o estado de hidretação da liga base é um fator importante na definição da cinética da reação de oxidação de boroidreto e que a extensão da formação de hidreto é dependente da velocidade do processo de hidrólise dos íons boroidreto, da capacidade da liga em estocar hidrogênio e da cinética de difusão dos átomos de hidrogênio atômico no interior das ligas. A atividade para a reação direta de oxidação de boroidreto foi baixa para as ligas que não continham em suas composições os metais nobres, entretanto a taxa de hidrólise para estes foi menor e a capacidade de armazenamento de hidrogênio foi maior. Os resultados também mostraram, para todas as diferentes composições, que as ligas podem ser carregadas com hidrogênio atômico tanto eletroquimicamente quanto pela exposição à solução de boroidreto. Foi observado que houve contínua hidretação de todas as ligas durante ensaios cronoamperométricos na presença de boroidreto. Esses fenômenos indicaram que a liga LaNi4.7Sn0.2Cu0.1 sem a deposição de metais nobres é a mais indicada para uma futura aplicação em um sistema DBFC/MHB (célula a combustível de boroidreto direto/bateria de hidreto metálico). / This work provides insights into the processes involved in the borohydride oxidation reaction (BOR) and hydrogen oxidation reaction in alkaline media on metal hydride alloys formed by LaNi4.7Sn0.2Cu0.1 and LaNi4.78Al0.22 with and without deposited Pt, Pd and Au, LaNi4,78Mn0,22 and LaNi4,7Sn0,2Co0,1. Measurements of BET, TEM, in situ XRD, DRIFTS, RRDE (gold ring) and OLEMS were made with the aim to characterize all the materials by different methodologies. The present investigation showed that the state of hydriding of LaNi4.7Sn0.2Cu0.1 and LaNi4.78Al0.22 is important in defining the kinetics and outcome of the BOR at these materials. The extent of hydride formation has been shown to depend on the rate of the BH4- hydrolysis, the hydrogen storage capacity of the alloy, and kinetics of H atom diffusion inside the alloy. The activity for the direct BOR is low in both bare metal hydride alloys, but the rate of the BH4- hydrolysis and the hydrogen storage capacity are higher, while the rate of H diffusion is slower in the bare LaNi4.78Al0.22. Results have shown that both the bare and all the noble metal modified alloys can be hydrided either electrochemically or by exposure to BH4- solutions, although for the LaNi4.78Al0.22-based materials the extent of this phenomenon is smaller. A continuous hydriding of all LaNi4.7Sn0.2Cu0.1-based and the bare LaNi4.78Al0.22 alloys are observed in the chronoamperometric BH4- oxidation measurements at low current densities. Addition of Pt on both alloys resulted in an increase of the BH4- hydrolysis, but the H2 formed is rapidly oxidized, confirming the initial predictions for this noble metal. In addition, the rates of the alloy hydriding/de-hydriding were not significantly affected by the presence of Pt, but this was not the case for Pd and Au, for which there was a drastic reduction of the rate of these processes. In the case of gold some increase of the BH4- hydrolysis is observed, although its presence does not change significantly the performances of the bare alloys. It was possible to confirm the formation of BH3OH- for all the samples by RRDE measurements, however for LaNi4.7Sn0.2Cu0.1 the formation of this product was lower compared to the other samples. Results showed that the first step of the electrode process is the hydriding of alloy by the hydrogen formed in the BH4- hydrolysis. The in situ XRD results have shown that the method of charging of the alloy, electrochemical or chemical, leads to different phase predominance and different site occupancies, but both methods lead to almost the same discharge capacity. In the electrolysis process, the α-β phase transition is predominant while in the chemical charging by the exposure to borohydride solution the α-β phase transition is more important. The results have also shown that the alloys with and without Pt lead essentially to the same phenomena, either with respect to the alloy structure and the electrochemical characteristics. All these phenomena point to the bare LaNi4.7Sn0.2Cu0.1 as a more adequate alloy system for applications in DBFC/MHB batteries.
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ELETRO-OXIDAÇÕES DE ÁLCOOIS E BOROIDRETO EM MEIO ALCALINO, SOBRE CATALISADORES Pd/C E PdxNiy/C, PREPARADOS PELO MÉTODO DE REDUÇÃO POR BOROIDRETO DE SÓDIO / ELECTRO-OXIDATIONS OF ALCOHOLS AND BOROHYDRIDE IN AMIDST ALKALINE, ON CATALYSTS Pd/C AND PdxNiy/C, PREPARED BY REDUCTION METHOD FOR SODIUM BOROHYDRIDE

Carvalho, Leandro Lima 04 April 2014 (has links)
Made available in DSpace on 2016-08-19T12:56:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao LEANDRO LIMA CARVALHO.pdf: 1286583 bytes, checksum: 3198a5ae4efaeaf29e291b70322cab13 (MD5) Previous issue date: 2014-04-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Some substances sound considered promising as a fuel to power electrochemical energy converters. These substances sound oxidized at the anode, while pure or oxygen from air is reduced at the cathode in galvanic cells without production of unhealthy pollutants, generating current cleanly and efficiently. The electrocatalysis of methanol, ethanol, ethylene glycol, glycerol, sodium borohydride and formaldehyde are topics of great interest, justified by the demand for new systems more efficient converters and cleaner energy. In this work Pd, Pd₇₅Ni₂₅, Pd₆₆Ni₃₄ and Pd₅₀Ni₅₀ nanoparticles supported on carbon Vulcan XC - 72 were prepared by the method of reduction by sodium borohydride in alkaline medium. The catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF), cyclic voltammetry (CV) and linear sweep voltammetry (LSV). The results showed that nanoparticles of Pd and PdxNiy, which were uniformly dispersed on carbon, had a diameter of 2-7 nm. Studies of cyclic voltammetry (CV ) and Linear sweep voltammetry (LSV) oxidation of methanol , ethanol , ethylene glycol, glycerol and sodium borohydride showed that the addition of Ni in the catalyst nanoparticles changes the mechanism of the reactions of Pd / C and the electrocatalytic activity increases in the order Pd₇₅Ni₂₅ / C < Pd₆₆Ni₃₄ / C < Pd₅₀Ni₅₀ / C in alkaline medium . So electrocatalysts produced with Ni nanoparticles become promising candidates for the direct alcohol cells (DAFCs) cells and direct borohydride (DBFCs) fuel fuel. / Algumas substâncias são consideradas promissoras como combustível para alimentar conversores eletroquímicos de energia. Estas substâncias são oxidadas no ânodo, enquanto oxigênio puro ou proveniente do ar é reduzido no cátodo, em células galvânicas, sem produção de poluentes nocivos à saúde, gerando corrente de forma limpa e eficiente. As eletrocatálises de metanol, etanol, etilenoglicol, glicerol, boroidreto e formaldeído são temas de grande interesse, justificado pela procura de novos sistemas conversores de energia mais eficientes e menos poluentes. No presente trabalho, nanopartículas de Pd, Pd₇₅Ni₂₅, Pd₆₆Ni₃₄ e Pd₅₀Ni₅₀ suportadas sobre carbono Vulcan XC-72, foram preparadas pelo método de redução por boroidreto de sódio em meio alcalino. Os catalisadores foram caracterizados por difração de raios-X (DRX), fluorescência de raios-X (FRX), voltametria cíclica (VC) e varredura linear (VL). Os resultados mostraram que as nanopartículas de Pd e PdxNiy, que foram uniformemente dispersas sobre carbono, apresentaram de 2-7 nm de diâmetro. Os estudos de voltametria cíclica (VC) e voltametria linear (VL) das oxidações de metanol, etanol, etilenoglicol, glicerol e boroidreto de sódio mostraram que a adição de nanopartículas de Ni nos catalisadores, altera o mecanismo das reações sobre Pd/C e a atividade eletrocatalítica aumenta na ordem Pd₇₅Ni₂₅/C < Pd₆₆Ni₃₄ /C < Pd₅₀Ni₅₀/C em meio alcalino. Portanto, eletrocatalisadores produzidos com nanopartículas de Ni tornam-se candidatos promissores para células a combustível de álcool direto (CCADs) e células a combustível de boroidreto direto (CCBDs).
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Fenômenos não-lineares na eletro-oxidação do íon boroidreto / Non-linear phenomena during borohydride electro-oxidation

Eduardo Giangrossi Machado 14 May 2012 (has links)
Apesar de toda a atenção dada à eletro-oxidação do íon boroidreto, pela possibilidade de seu uso em células a combustível, pouco se tem discutido a respeito das instabilidades cinéticas associadas a esse processo. A maioria das pesquisas tem como foco o estudo da cinética dos processos na região de baixos sobrepotenciais, numa região relativamente próxima ao estado de equilíbrio termodinâmico. Em uma região afastada do equilíbrio, diferentes mecanismos regem o sistema e desta forma diferentes informações podem ser obtidas. O objetivo da presente dissertação consiste na investigação sistemática da cinética complexa associada aos processos de adsorção, oxidação e interação do íon boroidreto em superfícies policristalinas de platina. As investigações foram realizadas em condições afastadas do equilíbrio utilizando-se técnicas eletroquímicas convencionais, incluindo: voltametria cíclica, cronoamperometria, experimentos quase estacionários sob controle potenciostático utilizando diferentes valores de resistência total e transientes de circuito aberto. Dentre os resultados obtidos pode-se destacar: a alta velocidade na redução dos óxidos de platina em transientes de circuito aberto (i.e. 0,5 s), sendo esta mais alta do que para álcoois ou hidrogênio; dois processos auto-catalíticos no perfil de potencial de circuito aberto, que podem ser relacionadas com uma biestabilidade do sistema; as oscilações de corrente obtidas em experimentos quase estacionários utilizando diferentes valores de resistência externa; e as oscilações de baixa frequência obtidas na ausência de resistência externa presentes em uma ampla faixa de potencial. Estes resultados apresentam aspectos tecnológicos, como a relação direta entre o baixo tempo de redução de óxido e a perda de desempenho de células a combustível por conta de difusão de combustível, e fundamentais, como a emergência de oscilações e a caracterização do sistema como N-NDR, que podem contribuir para um maior entendimento sobre o uso deste combustível. Esses são resultados ainda não explorados na literatura e o presente trabalho propõe o preenchimento desta lacuna. / Despite all attention given to the electro-oxidation of the ion borohydride, for its applicability in fuel cells, few discussions have been made on the kinetical instabilities possibly present on this process. Most researches focuses on the kinetical study of these processes at a low overpotential range, relatively close to the thermodynamic equilibrium. Under far from thermodynamic condition, different mechanisms rule the system and different information can be obtained. The present dissertation aims at a systematic investigation of the complex kinetic associated to the adsorption, oxidation and interaction processes of the borohydride ion over polycrystalline platinum surface. The investigations were realized under far from thermodynamic equilibrium conditions using conventional electrochemical techniques, including: cyclic voltammetry, chronoamperometry, quasi-steady experiments under potentiostac control using different values of external resistance and open circuit transients. Among the results it is possible to highlight: the fast reduction of platinum oxides in open circuit transients (i.e. 0.5s), which is faster than when alcohol or hydrogen is used; two auto-catalytic processes in the open-circuit profile, which can be related to a bistability of the system; current oscillations in quasi-steady experiments using different values of external resistances; and the low frequency oscillations obtained without external resistance under a large potential range. These results show technological aspects, such as the direct relationship of the short time for oxide reduction and the performance loss of a fuel cell by crossover, and fundamental, such as the emergency of oscillations and the characterization of the system as a N-NDR, which can contribute to a better understanding of this fuel. These are yet not explored results in literature and the present research propose filling the gap.
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ESTUDO DA REAÇÃO DE REDUÇÃO DE OXIGÊNIO SOBRE ELETRODOS À BASE DE TETRAMETÓXIFENILPORFIRINAS PARA APLICAÇÕES EM CÉLULAS A COMBUSTÍVEL DE BOROIDRETO DIRETO / STUDY OF THE OXYGEN REDUCTION REACTION ON ELECTRODES BASED OF TETRAMETÓXIFENILPORFIRINAS FOR APPLICATIONS IN CELLS FUEL BOROHYDRIDE DIRECT

Botelho, Alielson Corrêa 10 June 2012 (has links)
Made available in DSpace on 2016-08-19T12:56:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao Alielson.pdf: 883958 bytes, checksum: f6ca1ed8e1b56766025ce616aa4101fb (MD5) Previous issue date: 2012-06-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The oxygen reduction reaction (ORR) in 1.0 mol/L KOH solutions catalyzed by FeTMPP/C and CoTMPP/C was investigated in absence and presence of BH4- anions with concentrations varying from 10-7 to 1.0 mol/L. Similar cyclic voltammetry and rotating disk electrode experiments have been also performed the commercial E-TEK Pt/C electrocatalysts. In absence of BH4- anions, the ORR proceeds via a direct 4 electron pathway on FeTMPP/C and Pt/C and via a peroxide pathway involving (2-electron process) on CoTMPP/C and Au/C catalysts. In addition, Pt/C presented the most positive onset potential for the reaction. In presence of BH4- anions, a drastic loss in the catalytic activity of the Pt/C electrode was observed, even for concentrations as low as 10-7 mol/L. The effect of temperature on the ORR was studied and from 20ºC up to 60ºC the diffusion limited current densities remained nearly constants. At 80ºC, a decrease in the current of density was observed, probably due to a decrease in the oxygen concentration and viscosity of the solution. Arrhenius plots [ln (k) vs. T-1] were used to evaluate the activation s energy (Ea) of the ORR in absence of borohydride and resulted in 47.6 kJ/mol and 50.3 kJ/mol for Pt/C and FeTMPP/C, respectively. In presence of borohydride in solution, the Ea value for Pt/C showed a pronounced decrease to 38.7 kJ/mol, due to borohydride oxidation as a parallel reaction, while for FeTMPP/C the value calculate was 52.7 kJ/mol, i.e., remained practically constant. Such results indicates that FeTMPP is an efficient catalyst for ORR in alkaline solutions and tolerant to BH4 anions. / A reação de redução de oxigênio (RRO) em solução KOH 1,0 mol/L catalisada por FeTMPP/C e CoTMPP/C foi investigada na ausência e presença de anions BH4- com concentrações variando de 10-7 a 1 mol/L. Experimentos similares com voltametria cíclica e eletrodo disco-anel e disco rotatório foram feitos em eletrocatalisadores Pt/C comercial da E-TEK e Au/C. Na ausência de BH4-, a RRO se processa via mecanismo 4 elétrons para eletrodos FeTMPP/C e Pt/C e via peróxido, ou seja, 2 elétrons sobre eletrodos CoTMPP/C e Au/C. Diante disto, o eletrodo Pt/C apresenta melhor potencial para a reação. Na presença de anions BH4-, foi observada uma drástica perda na atividade catalítica do eletrodo Pt/C até mesmo em baixas concentrações (10-7 mol/L). O efeito da temperatura sobre a RRO foi estudado na faixa de 20ºC a 60ºC manteve-se constante em relação às densidades de corrente. A 80ºC foi observada uma diminuição na densidade de corrente, muito provavelmente, devido à diminuição na concentração de oxigênio e a viscosidade da solução. Foi usada a relação de Arrhenius (ln K vs. T-1) para o calculo da energia de ativação da RRO na ausência de boroidreto resultando em 47.6 kJ/mol e 50.3 kJ/mol para Pt/C e FeTMPP/C, respectivamente. Na presença de boroidreto em solução, a energia de ativação da Pt/C mostrou uma diminuição considerável, devido a reação de oxidação dos anions BH4- acorrer paralelamente, enquanto que para o eletrodo FeTMPP/C aumentou para 52.7 kJ/mol, mantendo-se praticamente constante. Tais resultados indicam que o FeTMPP/C é um eficiente catalisador para a RRO em meio alcalino e tolerante a anions BH4-.

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