Instabilidades cinéticas na eletro-oxidação de 2-propanol sobre Pt

• Main Author: Ragassi, Gianluca
• Publication Date: 2024
• Format: Master thesis
• Language: por
• Source: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Download full: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-05082025-160716/
• topic: 2-propanol; 2-propanol; electro-oxidation; eletro-oxidação; oscilações; oscillations

A eletro-oxidação de 2-propanol em platina forma majoritariamente acetona em um processo de dois elétrons e altamente seletivo. A reversibilidade do par 2-propanol/acetona é particularmente apropriada para a transferência de hidrogênio, e as células a combustível operando com 2-propanol apresentam baixas taxas de cruzamento de combustível do ânodo para o cátodo e potencial de circuito aberto consideravelmente maior do que o observado para o metanol nas mesmas condições. Além disso, o 2-propanol apresenta baixa toxicidade, sendo frequentemente utilizado para desinfecção e limpeza. Mecanisticamente falando, a acetona, além de produto majoritário, é também a principal espécie de envenenamento, já que nenhum CO adsorvido, COad, é detectado, e apenas quantidades muito pequenas de CO2 são observadas em altos potenciais. Instabilidades cinéticas na forma de oscilações de potencial auto-organizadas, por exemplo, na electro-oxidação de 2-propanol em catalisadores de platina e à base de platina, são muitas vezes referidas como a causa da queda do desempenho e um fator limitante à utilização deste sistema. Isso vai de encontro com estudos recentes acerca de combustíveis líquidos empregados em células a combustível e em reformadores eletroquímicos para produzir hidrogênio limpo. O principal objetivo desta dissertação é entender as oscilações eletroquímicas observadas na eletro-oxidação de 2-propanol em platina e então ajustar parâmetros tais como temperatura e composição do eletrólito para manipular as oscilações visando a melhora da atividade e desempenho de dispositivos práticos de geração e armazenagem de energia. Os resultados obtidos mostram que as oscilações presentes na eletro-oxidação do 2-propanol apresentam o típico comportamento de Arrhenius. Em altas temperaturas há três regiões distintas de oscilações, incluindo oscilações de modo misto, que prolongam a duração das oscilações e promovem um aumento considerável de atividade do sistema. Além disso, a adição de metanol ao sistema proporcionou resultados surpreendentes, promovendo elevado ganho de atividade e potência. Também foi realizado um estudo comparativo entre o 2-propanol e etanol acerca da interação dessas espécies com a superfície oxidada de platina por meio de transientes de circuito aberto e varreduras de potencial a altas velocidades. Foi possível observar que a eletro-oxidação do 2-propanol ocorre em potenciais mais baixos do que a do etanol, entretanto este último interage mais fortemente com a superfície oxidada de platina, enquanto a oxidação de 2-propanol é significativamente dificultada pelo elevado teor de óxido de platina na superfície.