Estudo da estabilidade de eletrocatalisadores Pt/C e Pt-RuOx/C - Rufino, Élen Cristina Gonçalves (2011)
Neste trabalho, foram investigadas as modificações na estrutura e a estabilidade de eletrocatalisadores Pt/C e Pt-RuOx/C, preparados pela decomposição térmica de precursores poliméricos. Experimentos de varredura de potencial e experimentos com potencial fixo foram realizados com o objetivo de acelerar os mecanismos de degradação dos catalisadores. Para identificar e compreender os fatores que levaram a degradação dos catalisadores, foram realizados experimentos para determinação da área superficial eletroquimicamente ativa dos catalisadores, através da adsorção/oxidação de CO, análises dos catalisadores por difração de raios X (DRX) e análises das soluções por espectrometria de massa com fonte de plasma indutivamente acoplado (ICP-MS).Foram avaliadas as modificações na estrutura e a estabilidade dos eletrocatalisadores Pt/C e Pt-RuOx/C quando submetidos a 2000 varreduras de potencial em diferentes intervalos (i) 0,05-0,5 V; (ii) 0,05-0,7 V e (iii) 0,05-0,9 V na presença e na ausência de metanol e também quando submetidos a um potencial fixo por várias horas. Foi observado, de maneira geral, um aumento no tamanho dos cristalitos, dissolução dos componentes metálicos e uma redução da área superficial eletroquimicamente ativa. Os resultados obtidos na primeira parte do trabalho também mostraram que a degradação dos catalisadores foi maior na presença de metanol e que condições de potencial cíclico aceleram os mecanismos de degradação quando comparadas a condições de potencial fixo. Após uma melhor compreensão dos mecanismos de degradação, a segunda parte do trabalho foi voltada para investigação da influência de modificações no método Pechini durante a síntese dos eletrocatalisadores Pt-RuOx/C na estrutura e estabilidade destes catalisadores. Para isto, os catalisadores foram submetidos a varreduras de potencial entre 0,05-0,6 V e experimentos com potencial fixo em 0,6 V na presença de metanol. Para avaliar a influência das modificações no método de preparo na eletroatividade dos catalisadores, foram realizados testes em uma DMFC utilizando uma MEA (Membrane Electrode Assemblies) formada por ânodo Pt-RuOx/C / membrana de Nafion® 117 / cátodo Pt/C comercial (E-TEK). O estudo da estabilidade mostrou que o catalisador cuja mistura composta pelas resinas e suporte de carbono foi submetida à rotação em um moinho de bolas antes do tratamento térmico se mostrou bem mais estável que os demais catalisadores (submetidos ao ultrassom). Já os catalisadores preparados com uma única resina contendo Pt e Ru e submetidos ao ultrassom antes do tratamento térmico, mostraram os melhores resultados nos experimentos em condições operacionais em célula a combustível unitária. A terceira e última parte deste trabalho teve por objetivo investigar os efeitos da utilização do carbono Black Pearls 2000 como suporte na estabilidade e eletroatividade de eletrocatalisadores Pt-RuOx/C. Testes em uma DMFC e varreduras de potencial na presença de metanol foram realizados e os resultados comparados com os obtidos para os catalisadores sintetizados com carbono Vulcan XC-72. Os catalisadores sintetizados com carbono Black Pearls 2000 apresentaram maior área superficial eletroquimicamente ativa que os catalisadores preparados com carbono Vulcan XC-72 pelo mesmo procedimento, indicando uma melhor dispersão das partículas metálicas sobre o suporte, uma vez que a quantidade de Pt nos catalisadores foi mantida constante. Esta melhor dispersão das nanopartículas metálicas sobre o suporte resultou em maiores valores de densidade de potência e densidade de corrente em célula a combustível unitária operando com metanol na fase líquida. Para dois dos três catalisadores, o desempenho foi superior ao catalisador comercial da E-TEK. A dissolução dos componentes metálicos e a redução da área superficial eletroquimicamente ativa foi menor para os catalisadores preparados com carbono Black Pearls 2000 e o tamanho de cristalito não variou após 2000 varreduras de potencial. Todos estes resultados mostram uma maior estabilidade dos catalisadores preparados com este suporte.