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Previous issue date: 2012-04-19 / Universidade Federal de Sao Carlos / Regarding to the search for new energy sources, of renewable character, fuel cells fall into one of the most studied proposals on Electrochemistry. More specifically, the direct fuel cells (DAFCs) using short-chain alcohols as fuel, have attracted the attention of researchers over the past two decades. Problems related to the energy efficiency of Pt-based catalysts for use in fuel cells, drive several studies in the literature concerning to the modification of these catalytic systems. Thus, have been proposed in the literature, other materials than pure Pt, such as alloys in binary and ternary composition, and more recently, metallic multilayered structures(MM), the latter being the study object of this work. Platinized titanium electrodes were prepared by potentiostatic electrodeposition technique (0.05 V vs RHE), and times of 1000 sec were necessary to obtain an identical polycrystalline platinum voltammetric profile, with guaranteed reproducibility. On these substrates, Ir/Pt bilayered systems were electrodeposited controlling films thickness through the deposition charge. Calculations revealed mass loading of platinum between13.4 and 26.3 μg and maximum film thickness of 43.2 nm. AFM images confirmed the homogeneity of the coatings as well as the total covering of the substrate. A screening of variables with the aid of a 22 factorial design with central point showed better intrinsic catalytic activity (current density normalized by the electroactive area) for the Ti/Pt25mC/Ir6mC/Pt system, which answers were around 270% higher than those obtained for Ti/Pt systems. In addition to the methanol oxidation voltammetry, chronoamperometric tests of methanol oxidation and CO stripping voltammetry suggest the MM-like systems are less susceptible to the catalyst poisoning phenomenon compared to the Ti/Pt systems. Assuming that there are no area effects due the current normalization through the electroactive area, nor the possibility of a bifunctional mechanism occurring,considering that are just Pt catalytic centers exposed, an explanation for the purposes of promoting catalytic activity may be based on electronic effects due to the possible compressive stress generated by the bilayer Ir/Pt causing an energy enlargement of the d band, lowering the adsorbates energy of adsorption. EIS data indicated a lower resistance to charge transfer in the reactions performed on MM systems, which strengthens the argument regarding the positive electronic effects associated with MM-like structures. / No que diz respeito à busca por novas fontes energéticas, de caráter renovável, as células combustíveis se enquadram em uma das propostas mais estudadas na Eletroquímica. Mais especificamente, as células à combustível direto (DAFCs) que utilizam alcoóis de cadeia curta como combustível, vêm atraindo a atenção dos pesquisadores nas últimas duas décadas. Problemas relativos à eficiência energética dos catalisadores baseados em Pt para aplicação em células combustíveis, impulsionam diversos estudos na literatura concernentes à modificação desses sistemas catalíticos. Desta forma, têm sido propostos na literatura, diferentes materiais além da Pt pura, como ligas de composição binária e ternária, e mais recentemente, as multicamadas metálicas(MM), tendo sido esta última proposta objeto de estudo do presente trabalho. Eletrodos de titânio platinizados foram confeccionados através da técnica de eletrodeposição potenciostática a 0,05V vs ERH, sendo que tempos de 1000s foram necessários para se obter um perfil voltamétrico idêntico ao da platina policristalina, com reprodutibilidade garantida. Sobre estes substratos, sistemas de bicamadas Ir/Pt foram eletrodepositados controlando-se a espessura através da carga de deposição. Os cálculos de massa revelaram cargas de platina entre 13,4 e 26,3μg e espessuras máximas de filme de 43,2nm. Imagens de AFM confirmaram a homogeneidade dos eletrodepósitos bem como o recobrimento total do substrato. Uma triagem de variáveis com o auxílio de um planejamento fatorial 22 com ponto central apontou melhores atividades catalíticas intrínsecas (densidade de corrente normalizada pela área eletroativa) para o sistema Ti/Pt25mC/Ir6mC/Pt, cujas respostas foram em torno de 270% maiores que em relação ao Ti/Pt. Além das voltametrias de oxidação do metanol, ensaios de cronoamperometrias de oxidação do metanol e voltametria do stripping de CO sugerem que os sistemas tipo-multicamada sejam menos suscetíveis ao fenômeno de envenenamento catalítico, em relação aos sistemas Ti/Pt somente. Partindo do pressuposto que não existam efeitos de área, devido a normalização das correntes obtidas pelas áreas eletroativas, e nem a possibilidade de um mecanismo bifuncional, assumindo que apenas Pt está exposta no sistema catalítico, uma explicação para os efeitos promotores da atividade catalítica pode estar baseado em efeitos eletrônicos devido a um possível estresse compressivo gerado pela bicamada Ir/Pt, causando alargamento em energia da banda d e logo, menores energias de adsorção de adsorbatos. Dados de EIS indicaram uma menor resistência à transferência de carga nas reações realizadas sobre as MM, o que fortalece a argumentação em relação aos efeitos eletrônicos positivos associados às estruturas tipo MM.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/6527 |
| Date | 19 April 2012 |
| Creators | Zulke, Alana Aragon |
| Contributors | Souza, Ernesto Chaves Pereira de |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Química, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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