Avaliação de nanocatalisadores de Pd e PdCu suportados em materiais de carbono nanoestruturados para reação de oxidação de etanol

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Mariano, Thiago de Morais
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: célula a combustível; electrocatalysis; eletrocatálise; ethanol oxidation reaction; fuel cell; grafeno; graphene; nanoparticles; nanopartículas; reação de oxidação de álcoois
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-22062022-112638/

Neste trabalho, foi estudada a síntese e a caracterização física e eletroquímica de catalisadores nanoestruturados de Pd e PdCu suportados em carbono Vulcan (C), grafeno (G) e grafeno dopado com nitrogênio (GNc). Estes catalisadores foram empregados na reação de oxidação de etanol (ROE) em camada ultrafina e em célula a combustível unitária. Os catalisadores de Pd e PdCu suportados foram sintetizados utilizando o método BAE ( do inglês Bromine Anion Exchange) e caracterizados fisicamente pelas técnicas de EDX, TG, DRX, MET e XPS e eletroquimicamente em sistemas com três eletrodos e em célula unitária. A síntese das nanopartículas pelo método BAE rendeu tamanhos médios de partícula variando entre 2,9 e 4,5 nm, tamanhos menores quando comparado a outros métodos de síntese para Pd. Através das medidas de EDX e TG, observou-se que estes catalisadores tiveram ao final da síntese, cerca de 20% de metal total em massa, como havia sido proposto. Pelas análises de DRX, foi possível observar que houve a formação parcial de liga entre Pd e Cu, devido o deslocamento do pico (220) do Pd. Os dodos de XPS indicaram que o tanto a presença de Pd metálico quanto oxidado, corroborando com os resultados de DRX. Os catalisadores de PdCu apresentaram sinais de Cu característicos da espécie CuO, indicando a oxidação do Cu. Os resultados eletroquímicos para a ROE mostraram que o catalisador com menor quantidade de Cu com relação ao Pd (80:20) apresentou o melhor resultado, e que com aumento da quantidade de Cu observa-se que atividade para a ROE se aproxima dos catalisadores contendo somente Pd; e com quantidades de Cu superiores a 50 % atômico, tem atividade inferior. Com relação ao suporte a atividade é maior frente quando se muda o suporte de G para GNc. Os dados de envelhecimento acelerado para os catalisadores de Pd e PdCu mostraram que os catalisadores sofrem degradação ao longo do tempo, sendo ainda mais pronunciado nos catalisadores de PdCu. Nos testes em célula combustível alcalina, mais especificamente em configuração de meia célula os catalisadores apresentaram densidades de correntes semelhantes frente a ROE. Em configuração de célula completa, os catalisadores utilizados apresentaram comportamentos diferentes entre si, onde os catalisadores sintetizados neste trabalho, mostraram melhor performance frente ao catalisador comercial de Pd (Pd/C E-TEK), sendo Pd/C > Pd/GNc > Pd80Cu20/GNc > Pd/C E-TEK.