Construção de eletrodos porosos assistidos por ultrassom e aplicação frente à eletro-oxidação de glucose e eletroredução de O2
Ano de defesa: | 2021 |
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Tipo de documento: | Dissertação |
Tipo de acesso: | Acesso aberto |
Idioma: | por |
Instituição de defesa: |
Universidade Federal de Mato Grosso do Sul
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Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós Graduação em Ciência dos Materiais
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Departamento: |
INFI
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País: |
Brasil
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Palavras-chave em Português: | |
Área do conhecimento CNPq: | |
Link de acesso: | https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/5574 |
Resumo: | Células a combustível alimentadas por glucose possuem dois tipos de catalisadores, biológicos ou abióticos. Catalisadores abióticos vêm ganhando espaço por apresentarem estabilidade eletroquímica e serem biocompatíveis. Esses catalisadores são dispersos em materiais porosos condutores, como carbon paper (CP), por diferentes técnicas, dentre as mais usadas estão a imersão e a dispersão por spray. A dispersão por spray é rápida, reprodutível, mas resulta em muito desperdício, enquanto que a amplamente utilizada técnica de imersão não apresenta desperdícios, mas é lenta e não reprodutível. O interesse na construção de eletrodos porosos se deve à direta correlação entre desempenho e boa distribuição dos catalisadores, independentemente da aplicação. Neste contexto, nós desenvolvemos uma técnica de dispersão em banho ultrassônico e comparamos os resultados com eletrodos construídos por imersão. Para isso, utilizamos nanopartículas de Pt/C dispersas em CP e investigamos a atividade catalítica desses eletrodos frente à eletro-oxidação de glucose e eletroredução de O2. As reações foram avaliadas em pH 7 e 37 °C com objetivo de aproximar o sistema de condições fisiológicas, visando a construção de células a combustível biológicas. O método proposto mostrou uma boa distribuição de Pt/C, produzindo uma elevada área superficial eletroquimicamente ativa. A elevada área aumenta o fator de frequência de colisão dos reagentes com os sítios ativos, traduzido em aumento de densidade de corrente. Adicionalmente, o potencial de início da reação de redução de O2 foi melhorado, resultando em um potencial de circuito aberto teórico de 800 mV. Investigamos também o desempenho de uma célula a combustível passiva de glucose/O2 do tipo-H, a qual apresentou 834 mV de potencial de circuito aberto, muito próximo àquele encontrado em meia célula. Além disso, os eletrodos preparados em banho ultrassônico foram aplicados em uma célula microfluídica (μFC) de glucose/O2 simulando as condições fisiológicas, em diferentes fluxos, registrando um potencial de circuito aberto de 63,8 mV e uma densidade de potência máxima de 11,84 μW cm-2 com o fluxo de 900 μL min-1. Esses resultados sugerem um dispositivo em potencial, principalmente devido à selagem reversível e praticidade de construção comparado aqueles reportados na literatura. Além de operar apenas com Pt/C dispersas sobre eletrodos porosos, é a primeira μFC de glucose/O2 simulando condições fisiológicas com eletrodos abióticos. O uso de ultrassom auxilia a dispersão de catalisadores, sendo assim uma técnica promissora para a construção de eletrodos de porosos de alto desempenho, podendo melhorar a GDL de uma célula a combustível e de eletrolisadores. A estratégia utilizada neste trabalho pode melhorar o desempenho de sistemas eletroquímicos e reduz o tempo investido na produção. |
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Para isso, utilizamos nanopartículas de Pt/C dispersas em CP e investigamos a atividade catalítica desses eletrodos frente à eletro-oxidação de glucose e eletroredução de O2. As reações foram avaliadas em pH 7 e 37 °C com objetivo de aproximar o sistema de condições fisiológicas, visando a construção de células a combustível biológicas. O método proposto mostrou uma boa distribuição de Pt/C, produzindo uma elevada área superficial eletroquimicamente ativa. A elevada área aumenta o fator de frequência de colisão dos reagentes com os sítios ativos, traduzido em aumento de densidade de corrente. Adicionalmente, o potencial de início da reação de redução de O2 foi melhorado, resultando em um potencial de circuito aberto teórico de 800 mV. Investigamos também o desempenho de uma célula a combustível passiva de glucose/O2 do tipo-H, a qual apresentou 834 mV de potencial de circuito aberto, muito próximo àquele encontrado em meia célula. Além disso, os eletrodos preparados em banho ultrassônico foram aplicados em uma célula microfluídica (μFC) de glucose/O2 simulando as condições fisiológicas, em diferentes fluxos, registrando um potencial de circuito aberto de 63,8 mV e uma densidade de potência máxima de 11,84 μW cm-2 com o fluxo de 900 μL min-1. Esses resultados sugerem um dispositivo em potencial, principalmente devido à selagem reversível e praticidade de construção comparado aqueles reportados na literatura. Além de operar apenas com Pt/C dispersas sobre eletrodos porosos, é a primeira μFC de glucose/O2 simulando condições fisiológicas com eletrodos abióticos. O uso de ultrassom auxilia a dispersão de catalisadores, sendo assim uma técnica promissora para a construção de eletrodos de porosos de alto desempenho, podendo melhorar a GDL de uma célula a combustível e de eletrolisadores. A estratégia utilizada neste trabalho pode melhorar o desempenho de sistemas eletroquímicos e reduz o tempo investido na produção.Células a combustível alimentadas por glucose possuem dois tipos de catalisadores, biológicos ou abióticos. Catalisadores abióticos vêm ganhando espaço por apresentarem estabilidade eletroquímica e serem biocompatíveis. Esses catalisadores são dispersos em materiais porosos condutores, como carbon paper (CP), por diferentes técnicas, dentre as mais usadas estão a imersão e a dispersão por spray. A dispersão por spray é rápida, reprodutível, mas resulta em muito desperdício, enquanto que a amplamente utilizada técnica de imersão não apresenta desperdícios, mas é lenta e não reprodutível. O interesse na construção de eletrodos porosos se deve à direta correlação entre desempenho e boa distribuição dos catalisadores, independentemente da aplicação. Neste contexto, nós desenvolvemos uma técnica de dispersão em banho ultrassônico e comparamos os resultados com eletrodos construídos por imersão. Para isso, utilizamos nanopartículas de Pt/C dispersas em CP e investigamos a atividade catalítica desses eletrodos frente à eletro-oxidação de glucose e eletroredução de O2. As reações foram avaliadas em pH 7 e 37 °C com objetivo de aproximar o sistema de condições fisiológicas, visando a construção de células a combustível biológicas. O método proposto mostrou uma boa distribuição de Pt/C, produzindo uma elevada área superficial eletroquimicamente ativa. A elevada área aumenta o fator de frequência de colisão dos reagentes com os sítios ativos, traduzido em aumento de densidade de corrente. Adicionalmente, o potencial de início da reação de redução de O2 foi melhorado, resultando em um potencial de circuito aberto teórico de 800 mV. Investigamos também o desempenho de uma célula a combustível passiva de glucose/O2 do tipo-H, a qual apresentou 834 mV de potencial de circuito aberto, muito próximo àquele encontrado em meia célula. Além disso, os eletrodos preparados em banho ultrassônico foram aplicados em uma célula microfluídica (μFC) de glucose/O2 simulando as condições fisiológicas, em diferentes fluxos, registrando um potencial de circuito aberto de 63,8 mV e uma densidade de potência máxima de 11,84 μW cm-2 com o fluxo de 900 μL min-1. Esses resultados sugerem um dispositivo em potencial, principalmente devido à selagem reversível e praticidade de construção comparado aqueles reportados na literatura. Além de operar apenas com Pt/C dispersas sobre eletrodos porosos, é a primeira μFC de glucose/O2 simulando condições fisiológicas com eletrodos abióticos. 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A estratégia utilizada neste trabalho pode melhorar o desempenho de sistemas eletroquímicos e reduz o tempo investido na produção.porUniversidade Federal de Mato Grosso do SulPrograma de Pós Graduação em Ciência dos MateriaisUFMSBrasilINFICNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRABiocompatíveis, catalisadores, glucose.Construção de eletrodos porosos assistidos por ultrassom e aplicação frente à eletro-oxidação de glucose e eletroredução de O2info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisMartins, Cauê Alveshttp://lattes.cnpq.br/2497397243924771http://lattes.cnpq.br/0164625167496892Pereira, Gabriella Lucia Caneppeleinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMSinstname:Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS)instacron:UFMSLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82031https://repositorio.ufms.br/bitstream/123456789/5574/2/license.txt9671aa5ac42cb06edaf75013367dfe04MD52ORIGINALDissertação Gabriella.pdfDissertação Gabriella.pdfapplication/pdf1615669https://repositorio.ufms.br/bitstream/123456789/5574/1/Disserta%c3%a7%c3%a3o%20Gabriella.pdf2d056d551a251cfa47fa20c74bd3f12eMD51123456789/55742023-01-25 15:29:17.769oai:repositorio.ufms.br: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ório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufms.br/oai/requestri.prograd@ufms.bropendoar:21242023-01-25T19:29:17Repositório Institucional da UFMS - Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS)false |
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