Orientador: Prof. Dr. Mauro Coelho dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2009 / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de eletrocatalisadores compostos
de PtCeO2/C para a oxidação de etanol em células a combustível. Primeiramente,
partiu-se para a escolha do método de preparação dos eletrocatalisadores onde
foram comparados: o método de redução química (NaBH4)(MRQ), o método sol-gel
(MSG) e o método dos precursores poliméricos (MPP) para produzir
eletrocatalisadores de Pt/C para a oxidação de metanol, com o destaque do
eletrocatalisador MPP. Adotado o MPP para a produção de eletrocatalisadores foi
então produzido um eletrocatalisador Pt3Sn1/C para comparar o desempenho com
um material semelhante, mas de origem comercial na reação de oxidação de etanol,
o MPP favoreceu a produção da liga Pt3Sn reconhecida como o melhor material
baseado em platina e estanho para tal finalidade, e mostrando-se superior ao
material comercial em testes de uma célula a combustível de etanol direto,
confirmando a eficiência do método de preparação. Então foram realizados estudos
da eletrocatálise das reações de oxidação de etanol em meio ácido utilizando-se
PtCeO2/C (20 % metal em carbono) preparados nas proporções em massa Pt:Ce
(3:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:3) produzidos pelo MPP. A composição dos eletrocatalisadores
foi corroborada por medidas com a técnica de análise de energia dispersiva de raiosX
(EDX). Com as medidas de difração de raios X (DRX) foram caracterizadas as
fases de Pt e CeO2, com tamanhos médios de partícula da ordem de 7 nm para a Pt
e 3 nm para o CeO2. Experimentos de voltametria cíclica e cronoamperometria foram
realizados para avaliar o desempenho eletrocatalítico dos diferentes materiais. Em
todos os casos, exceto Pt-CeO2/C 1:1, os eletrocatalisadores Pt-CeO2/C
apresentaram melhor desempenho para a oxidação de etanol quando comparados
com Pt/C. O melhor resultado observado foi obtido para o eletrocatalisador de PtCeO2/C
1:3, que inclusive superou o desempenho do eletrocatalisador Pt-Ru/C (ETek)
para o mesmo processo. Do ponto de vista econômico e considerando os
resultados obtidos, os eletrocatalisadores de PtCeO2/C preparados pelo método dos
precursores poliméricos são candidatos promissores para o uso como catalisadores
em ânodos de células a combustível de etanol direto. / This work presents the development of PtCeO2/C electrocatalysts for ethanol
electrochemical oxidation. Firstly, three preparation methods were compared:
polymeric precursor method (PPM), chemical reduction method (NaBH4) (CRM), and
sol-gel method (SGM) ir order to produce Pt/C electrocatalysts toward methanol
electro-oxidation. The PPM electrocatalyst was the most appropriated. Secondly,
adopting the PPM for electrocatalyst production, it was prepared a Pt3Sn/C
electrocatalyst and its performance as an anode in a direct ethanol fuel cell (DEFC)
was compared with one from a PtSn/C Etek electrocatalyst. The polarization curves
for a DEFC using Pt3Sn/C as the anode demonstrated improved performance
compared to that of a PtSn/C Etek, showing then the efficiency of the preparation
method. Finally, a study of the electrocatalysis of ethanol oxidation reactions in an
acidic medium on Pt-CeO2/C (20 wt.% of Pt-CeO2 on carbon XC-72R), prepared in
different mass ratios by the polymeric precursor method was performed. The mass
ratios between Pt and CeO2 (3:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:3) were confirmed by Energy
Dispersive X-ray Analysis (EDAX). X-ray diffraction (XRD) structural characterization
data shows that the Pt-CeO2/C catalysts are composed of nanosized polycrystalline
non-alloyed deposits, from which reflections corresponding to the fcc (Pt) and fluorite
(CeO2) structures were clearly observed. The mean crystallite sizes calculated from
XRD data revealed that, independent of the mass ratio, a value close to 3 nm was
obtained for the CeO2 particles. For Pt, the mean crystallite sizes were dependent on
the ratio of this metal in the catalysts. Low platinum ratios resulted in small
crystallites, and high Pt proportions resulted in larger crystallites. The size
distributions of the catalysts particles, determined by XRD, were confirmed by
Transmission Electron Microscope (TEM) imaging. Cyclic voltammetry and
chronoamperometic experiments were used to evaluate the electrocatalytic
performance of the different materials. In all cases, except Pt-CeO2/C 1:1, the PtCeO2/C
catalysts exhibited improved performance when compared with Pt/C. The
best result was obtained for the Pt-CeO2/C 1:3 catalyst, which gave better results
than the Pt-Ru/C (Etek) catalyst. From an economical perspective, and considering
the results obtained, Pt-CeO2/C electrocatalysts prepared by the PPM method are
promising candidates for use as catalysts in anodes of direct ethanol fuel cells.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:BDTD:5565 |
| Date | January 2009 |
| Creators | Souza, Rodrigo Fernando Brambilla de |
| Contributors | Santos, Mauro Coelho dos, Suffredini, Hugo Barbosa, Machado, Sergio Antonio Spinola |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf, 92 f. : il. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFABC, instname:Universidade Federal do ABC, instacron:UFABC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=5565&midiaext=41643, http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=5565&midiaext=42219, Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.brphp/capa.php?obra=5565 |
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