Catalisadores a base de ródio e níquel depositados sobre carbono para eletro-oxidação de glicerol

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Fárlon Felipe Silva Xavier
Orientador(a): Paulo Olivi
Banca de defesa: Luiz Henrique Dall Antonia, Fabio Henrique Barros de Lima, Demetrius Profeti, Ana Paula Ramos
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade de São Paulo
Programa de Pós-Graduação: Química
Departamento: Não Informado pela instituição
País: BR
Link de acesso: https://doi.org/10.11606/T.59.2023.tde-17052023-102948
Resumo: A decorrente produção de biodiesel tem provocado o aumento na quantidade e na estocagem, do glicerol. Desta forma, buscou-se a valorização do glicerol na obtenção de produtos de alto valor agregado e aplicação comercial, e energia em célula a combustível. Por intermédio da utilização de catalisadores baseados na associação de Ródio e Níquel, suportados sob carbono Vulcan XC-72R, sintetizados pela metodologia de síntese assistida por micro-ondas. Os materiais sintetizados foram caracterizados estruturalmente por difratometria de raios X e constatou-se a formação da estrutura cúbica de face-centrada para o Rh/C com tamanho médio de cristalito de 5,33 nm e parâmetro de rede de 0,3809 nm, os quais foram observados para Ni0,1Rh0,9/C e Ni0,3Rh0,7/C. Para os materiais Ni/C, Ni0,5Rh0,5/C e Ni0,7Rh0,3/C observou a predominância da estrutura hexagonal do tipo brucita das fases β-Ni(OH)2 e α-Ni(OH)2, cujos parâmetros calculados foram Ni(OH)2/C (Tc = 12,75 nm e ahkl = 0,3777 nm); Ni0,1Rh0,9/C (Tc = 15,82 nm e ahkl = 0,3814 nm); Ni0,3Rh0,7/C (Tc = 10,20 nm e ahkl = 0,3824 nm); Ni0,5Rh0,5/C (Tc = 36,28 nm e ahkl = 0,3727 nm); Ni0,7Rh0,3/C (Tc = 18,55 nm e ahkl = 0,3589 nm). As respostas eletroquímicas dos materiais indicaram duas regiões de eletro-oxidação do glicerol com predominância da atividade catalítica pelo Rh na Região I (0,00 a 0,90 V vs. ERH) e do Ni na Região II (0,90 a 1,70 V vs. ERH), no entanto para os eletrodos modificados as respostas eletroquímicas foram pertinentes em ambas as regiões com um efeito sinergético entre o Rh e o Ni. Diante das análises eletroquímicas dos materiais constatou-se que os eletrodos, na presença do glicerol, apresentaram três aplicações importantes: geração de energia em célula a combustível, na substituição das reações de desprendimento de oxigênio e obtenção de produtos pela eletro-oxidação do glicerol. Em suma, observou-se que os eletrodos Ni0,1Rh0,9/C, Ni0,3Rh0,7/C e Rh/C foram os que apresentaram melhor conversão de glicerol na geração de energia e Ni0,7Rh0,3/C foi o melhor, em alto potencial, para a evolução de oxigênio e na obtenção de ácido oxálico e ácido tartrônico como produtos principais. Portanto, os materiais estudados para eletro-oxidação do glicerol foram promissores e satisfatório para a aplicação desejada.
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spelling info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis Catalisadores a base de ródio e níquel depositados sobre carbono para eletro-oxidação de glicerol Rhodium and nickel based catalysts deposited on carbon for electro-oxidation of glycerol 2023-04-11Paulo OliviLuiz Henrique Dall AntoniaFabio Henrique Barros de LimaDemetrius ProfetiAna Paula RamosFárlon Felipe Silva XavierUniversidade de São PauloQuímicaUSPBR Electrooxidation Eletro-oxidação Eletrodos modificados Glicerol Glycerol Modified electrodes Nickel Níquel Rhodium Ródio A decorrente produção de biodiesel tem provocado o aumento na quantidade e na estocagem, do glicerol. Desta forma, buscou-se a valorização do glicerol na obtenção de produtos de alto valor agregado e aplicação comercial, e energia em célula a combustível. Por intermédio da utilização de catalisadores baseados na associação de Ródio e Níquel, suportados sob carbono Vulcan XC-72R, sintetizados pela metodologia de síntese assistida por micro-ondas. Os materiais sintetizados foram caracterizados estruturalmente por difratometria de raios X e constatou-se a formação da estrutura cúbica de face-centrada para o Rh/C com tamanho médio de cristalito de 5,33 nm e parâmetro de rede de 0,3809 nm, os quais foram observados para Ni0,1Rh0,9/C e Ni0,3Rh0,7/C. Para os materiais Ni/C, Ni0,5Rh0,5/C e Ni0,7Rh0,3/C observou a predominância da estrutura hexagonal do tipo brucita das fases β-Ni(OH)2 e α-Ni(OH)2, cujos parâmetros calculados foram Ni(OH)2/C (Tc = 12,75 nm e ahkl = 0,3777 nm); Ni0,1Rh0,9/C (Tc = 15,82 nm e ahkl = 0,3814 nm); Ni0,3Rh0,7/C (Tc = 10,20 nm e ahkl = 0,3824 nm); Ni0,5Rh0,5/C (Tc = 36,28 nm e ahkl = 0,3727 nm); Ni0,7Rh0,3/C (Tc = 18,55 nm e ahkl = 0,3589 nm). As respostas eletroquímicas dos materiais indicaram duas regiões de eletro-oxidação do glicerol com predominância da atividade catalítica pelo Rh na Região I (0,00 a 0,90 V vs. ERH) e do Ni na Região II (0,90 a 1,70 V vs. ERH), no entanto para os eletrodos modificados as respostas eletroquímicas foram pertinentes em ambas as regiões com um efeito sinergético entre o Rh e o Ni. Diante das análises eletroquímicas dos materiais constatou-se que os eletrodos, na presença do glicerol, apresentaram três aplicações importantes: geração de energia em célula a combustível, na substituição das reações de desprendimento de oxigênio e obtenção de produtos pela eletro-oxidação do glicerol. Em suma, observou-se que os eletrodos Ni0,1Rh0,9/C, Ni0,3Rh0,7/C e Rh/C foram os que apresentaram melhor conversão de glicerol na geração de energia e Ni0,7Rh0,3/C foi o melhor, em alto potencial, para a evolução de oxigênio e na obtenção de ácido oxálico e ácido tartrônico como produtos principais. Portanto, os materiais estudados para eletro-oxidação do glicerol foram promissores e satisfatório para a aplicação desejada. The increase in the biodiesel production has been responsible into glycerol storage and quantity produced. Thus, for glycerol valorization between energy and new added-value product was using Ni-Rh electrocatalysts association, on carbon Vulcan XC-72R, synthesized by microwave-assisted method. The structural X-ray diffractometry characterized materials indicated centered-face cubic for Rh/C with 5.33 nm crystallite size and 0.3809 nm lattice parameter, and them crystallographic peaks shows Ni0.1Rh0.9/C and Ni0.3Rh0.7/C. However, for Ni/C and Ni0.5Rh0.5/C and Ni0.7Rh0.3/C shown brucite structure for hexagonal phase at β-Ni(OH)2 and α-Ni(OH)2, which calculated parameters were Ni(OH)2/C (Tc = 12.75 nm and ahkl = 0.3777 nm); Ni0.1Rh0.9/C (Tc = 15.82 nm and ahkl = 0.3814 nm); Ni0.3Rh0.7/C (Tc = 10.20 nm and ahkl = 0.3824 nm); Ni0.5Rh0.5/C (Tc = 36.28 nm and ahkl = 0.3727 nm); Ni0.7Rh0.3/C (Tc = 18.55 nm and ahkl = 0.3589 nm). The electrochemical performances of electrodes indicated two-regions of glycerol electrooxidation with Rh on Region I (0.00 a 0.90 V vs. RHE) and Ni on Region II (0.90 a 1.70 V vs. RHE) catalytic activity. Moreover, the Ni-Rh associated-material shows electroactivity on both regions. In view of the analyzes verified that electrodes on glycerol electrooxidation reactions indicates three principal applications: energy generating from fuel cell, on oxygen evolution substitution reaction and added-value products. In short, was observed that the Ni0.1Rh0.9/C, Ni0.3Rh0.7/C and Rh/C electrodes showed better energy generated from glycerol conversion and Ni0.7Rh0.3/C for oxygen evolution and oxalic and tartronic acids as main products. Therefore, the studied materials by Ni-Rh associated for glycerol electrooxidation were promising and satisfactory for the intended application. https://doi.org/10.11606/T.59.2023.tde-17052023-102948info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USP2023-12-21T19:12:11Zoai:teses.usp.br:tde-17052023-102948Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212023-05-26T14:41:49Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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