Orientador: Prof. Dr. Mauro Coelho dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2015. / No presente trabalho foram desenvolvidos eletrocatalisadores de materiais
nanoestruturados à base de V/C (vanádio/carbono) para estudo da Reação de
Redução de Oxigênio (RRO) por dois métodos: o Método dos Precursores
Poliméricos (MPP) e o Método Sol-Gel (MSG). Estes materiais foram preparados
com variação da proporção em massa de vanádio de 1%, 3%, 5% 7%, 10% e 13%
em suporte de carbono Vulcan XC 72R. Para cada método foi comparada a
diferença da atividade catalítica no que se refere à formação do peróxido de
hidrogênio (H2O2) pela RRO via dois elétrons tendo como referência os resultados
de corrente de anel obtidos nos testes dos materiais, utilizando-se a técnica de
eletrodo de disco-anel rotatório. Os materiais mais promissores referentes a cada
metodologia de síntese apresentaram resultados bastante semelhantes. O
eletrocatalisador nanoestruturado com 3 % de vanádio em suporte de carbono
produzido pelo MSG mostrou maior eficiência em relação ao Vulcan XC 72R, com a
transferência de 2,2 elétrons e eletrogeração de 89% de H2O2 na RRO. Utilizando o
MPP, o eletrocatalisador nanoestruturado com 7% de vanádio em carbono
apresentou maior atividade catalítica, transferindo 2,2 elétrons e eletrogerando 91%
de H2O2 na RRO. Os materiais foram caracterizados fisicamente por Difratometria de
10 Raios X (DRX), que indicou principalmente a formação de V2O5 na superfície do
suporte, sendo que seu caráter ácido pode facilitar a formação de H2O2. As imagens
obtidas por Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) sugerem que os materiais
são amorfos e com tamanho de partículas sub-microscópicos. As proporções de
vanádio que obtiveram melhores resultados para cada método foram caracterizadas
por Espectroscopia Fotoeletrônica de Raios-X (XPS: X-Ray Photoelectron
Spectroscopy), sendo possível determinar a composição química da estrutura
superficial da camada, confirmando a presença do V2O5 na superfície dos mesmos,
bem como das espécies oxigenadas ácidas. Este fator contribuiu para o aumento da
hidrofilicidade, facilitando a adsorção de gás oxigênio na superfície do
eletrocatalisador, e potencializando a formação de H2O2. Ambos os materiais
também foram avaliados quanto ao seu ângulo de contato e molhabilidade em
relação ao carbono Vulcan XC 72R, mostrando que a adição do vanádio na
superfície do carbono, em ambos os métodos, aumentou sua hidrofilicidade, e
favorece a eletrogeração do H2O2. / In this work were developed electrocatalysts of nanostructured materials
based on V/C (vanadium/carbon) prepared by two methods, Polymeric Precursors
Method (PPM) and the Sol-Gel Method (SGM), to study the oxygen reduction
reaction (ORR). These materials were prepared with 1%, 3%, 5%, 7%, 10% and 13%
of vanadium load on carbon Vulcan XC 72R support. For each method, the
difference on catalytic activity was compared with regard to the hydrogen peroxide
(H2O2) formation by ORR via two electrons. Similar results on H2O2 electrogeneration
were obtained for both methods. The catalytic activity for ORR was studied using a
rotating ring-disk electrode. The nanostructured electrocatalyst with 3% of vanadium
on carbon produced by SGM showed greater efficacy compared to Vulcan XC 72R,
with transfer of 2.2 electrons and 89% of H2O2 electrogeneration in ORR. Related
to PPM, the nanostructured electrocatalyst with 7% vanadium on carbon showed
higher catalytic activity, transferring 2.2 electrons and electrogenerating 91% of H2O2
in ORR. The materials were characterized physically by X-ray diffractometry (XRD),
which indicated mainly the formation of V2O5 on the support surface, and its acidic
character assists to the H2O2 formation. The images obtained by Transmission
Electron Microscopy (TEM) suggest that the materials are amorphous and present
12 sub-microscopic particles size. The vanadium loads which presented the best results
for each method were characterized by X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), it
being possible to determine the chemical composition of the surperficial layer
structure, confirming the presence of V2O5 on the surface thereof, and the
oxygenated acid species. This factor contributes to the increased hydrophilicity,
facilitating the adsorption of oxygen gas on the electrocatalyst surface, and
enhancing the H2O2 formation. These materials were also evaluated from the contact
angle and wettability, indicating that the addition of vanadium on the carbon surface
increases the hydrophilicity and promotes the increase in H2O2 electrogeneration, for
both methods.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:BDTD:79237 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Simas, Paula da Silva |
| Contributors | Santos, Mauro Coelho dos, Omori, Álvaro Takeo, Paixão, Thiago Regis Longo Cesar da |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf, 79 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=79237&midiaext=71819, http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=79237&midiaext=71820, Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.brphp/capa.php?obra=79237 |
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