Avaliação do mecanismo de oxidação de hidrogênio contaminado por monóxido de carbono em células PEMFC contendo catalisadores anódicos baseados em Pt-M/C (M=Ru, Mo, Fe e W)

• Main Author: Pereira, Luis Gustavo da Silva
• Publication Date: 2009
• Format: Doctoral thesis
• Language: por
• Source: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Download full: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75131/tde-11032010-110241/
• topic: Catalisadores bimetálicos Pt; Co tolerance; Espectrometria de massas; Mass spectroscopy; PEMFC; PEMFC; Pt bimetalic catalyst; Tolerância ao CO; XAS; XAS

A busca por fontes alternativas de energia é uma tendência mundial e, neste contexto, as células a combustível alimentadas com hidrogênio obtido pela reforma de biocombustíveis constitui uma das alternativas mais promissoras. Entretanto, o desempenho das células a combustível de membrana de troca protônica (PEMFC) com ânodos baseados em Pt é drasticamente reduzido quando se utiliza hidrogênio contaminado por CO, o qual é produzido no processo de reforma. Neste trabalho, a eletrocatálise da tolerância ao CO e a estabilidade de Pt/C, PtRu/C, PtFe/C, PtMo/C e PtW/C como eletrocatlisadores anódicos de célula a combustível PEM foram investigadas através de curvas de polarização e medidas on line de espectrometria de massas (EMS), análises de voltametria cíclica, difração de raios X (DRX) e absorção de raios X (XAS). Para todos os eletrocatalisadores bimetálicos, os quais apresentaram alta tolerância ao CO, os resultado de EMS mostraram que a produção de CO2 inicia-se a menores sobrepotenciais em relação ao eletrodo de hidrogênio quando comparado a Pt/C, confirmando a ocorrência do conhecido mecanismo bifuncional. Por outro lado, os resultados de XANES indicam um aumento de vacância da banda 5d da Pt para todos os catalisadores bimetálicos, particularmente para PtFe/C, o que leva a um enfraquecimento da ligação Pt-CO e conseqüente aumento da tolerância ao CO (efeito eletrônico). Para PtMo/C e PtRu/C alimentado com H2/CO, a formação de CO2 é observada mesmo quando a célula opera em circuito aberto, confirmando alguma eliminação de CO por um processo químico, muito provavelmente uma reação de deslocamento gás-água. Uma deterioração do desempenho de célula a combustível foi observada em uma função do tempo de operação. As causas desta degradação durante a operação a longo prazo fazem parte de um processo complexo que envolve diversos mecanismos paralelos, tais como: perda ou redistribuição do eletrocatalisador, corrosão do suporte de carbono e degradação do eletrólito (Nafion®).