Preparação e caracterização de nanopartículas PtFe/C para eletrogeração de produtos de alto valor agregado a partir da oxidação do glicerol

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2018
Autor(a) principal: Vanderlei Silva Lima
Orientador(a): Adalgisa Rodrigues de Andrade
Banca de defesa: Joelma Perez, Mauro Coelho dos Santos, Ernesto Chaves Pereira de Souza
Tipo de documento: Dissertação
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/D.59.2020.tde-19022020-152901
Resumo: Neste trabalho investigou-se a atividade eletrocatalítica de nanocatalisadores contendo platina com inserção de ferro (PtFe) na eletro-oxidação do glicerol. Os eletrocatalisadores foram sintetizados pelo método poliol e suportados em carbono. A caracterização física foi realizada por: Análise Termogravimétrica, Energia Dispersiva de Raios-X, Difração de Raios-X e Microscopias. A caracterização eletroquímica foi realizada em meio ácido e básico, cronoamperometria, por voltametria cíclica, CO-Stripping, eletrólises em potenciais controlado (em meio básico) e análises dos produtos formados por HPLC. Os dados de caracterização físico-química apresentaram boa distribuição e reduzido tamanho de partícula (< 2 nm). A proporção entre os metais (Pt:Fe) não foi obtida conforme o proposto nominalmente (1:1), sendo o melhor resultado (3:1), indicando que a redução e/ou adsorção entre os metais e o carbono Vulcan não foi efetiva. As análises de estabilidade, 1000 ciclos voltamétricos em eletrólito de suporte, indicaram que o PtFe possui maior estabilidade que a platina pura, sendo os melhores resultado em meio ácido. Na caracterização com glicerol, os PtFe diminuíram o sobrepotencial do início de oxidação do glicerol entre 50 - 200 mV, sendo o melhor valor para o Pt0,95Fe0,05/C em meio ácido. No entanto, somente em meio básico foi obtido ganho na cinética de oxidação do glicerol. Os dados de CO-Stripping indicaram que o Pt0,75Fe0,25/C possui aproximadamente 100 % de aumento de área eletroquimicamente ativa. Nas eletrólises, obteve o ácido glicérico como produto majoritário para todos os eletrocatalisadores. Os PtFe tiveram aumentou de conversão do glicerol e melhorou a seletividade de formação do ácido glicérico frente aos outros produtos obtidos. Assim, os PtFe apresentaram benefícios ao processo de oxidação do glicerol abrindo espaço para investigações em célula a combustível com glicerol associadas à produção de produtos de alto valor agregado.
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spelling info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis Preparação e caracterização de nanopartículas PtFe/C para eletrogeração de produtos de alto valor agregado a partir da oxidação do glicerol Preparation and Characterization of PtFe/C nanoparticles to electrogenerate added-value product during glycerol electrooxidation 2018-06-28Adalgisa Rodrigues de AndradeJoelma PerezMauro Coelho dos SantosErnesto Chaves Pereira de SouzaVanderlei Silva LimaUniversidade de São PauloQuímicaUSPBR Electrocatalysis Eletrocatálise Ferro Glicerol Glycerol Iron Platina Platinum Neste trabalho investigou-se a atividade eletrocatalítica de nanocatalisadores contendo platina com inserção de ferro (PtFe) na eletro-oxidação do glicerol. Os eletrocatalisadores foram sintetizados pelo método poliol e suportados em carbono. A caracterização física foi realizada por: Análise Termogravimétrica, Energia Dispersiva de Raios-X, Difração de Raios-X e Microscopias. A caracterização eletroquímica foi realizada em meio ácido e básico, cronoamperometria, por voltametria cíclica, CO-Stripping, eletrólises em potenciais controlado (em meio básico) e análises dos produtos formados por HPLC. Os dados de caracterização físico-química apresentaram boa distribuição e reduzido tamanho de partícula (< 2 nm). A proporção entre os metais (Pt:Fe) não foi obtida conforme o proposto nominalmente (1:1), sendo o melhor resultado (3:1), indicando que a redução e/ou adsorção entre os metais e o carbono Vulcan não foi efetiva. As análises de estabilidade, 1000 ciclos voltamétricos em eletrólito de suporte, indicaram que o PtFe possui maior estabilidade que a platina pura, sendo os melhores resultado em meio ácido. Na caracterização com glicerol, os PtFe diminuíram o sobrepotencial do início de oxidação do glicerol entre 50 - 200 mV, sendo o melhor valor para o Pt0,95Fe0,05/C em meio ácido. No entanto, somente em meio básico foi obtido ganho na cinética de oxidação do glicerol. Os dados de CO-Stripping indicaram que o Pt0,75Fe0,25/C possui aproximadamente 100 % de aumento de área eletroquimicamente ativa. Nas eletrólises, obteve o ácido glicérico como produto majoritário para todos os eletrocatalisadores. Os PtFe tiveram aumentou de conversão do glicerol e melhorou a seletividade de formação do ácido glicérico frente aos outros produtos obtidos. Assim, os PtFe apresentaram benefícios ao processo de oxidação do glicerol abrindo espaço para investigações em célula a combustível com glicerol associadas à produção de produtos de alto valor agregado. We investigated the electrocatalytic activity of platinum-containing nanocatalysts inserted with iron (PtFe) for glycerol electrooxidation. The electrocatalysts were synthesized by the polyol method, supported on carbon Vulcan, and characterized by X-Ray Diffraction, Thermogravimetric Analysis, X-ray Dispersive Energy, and Transmission Electron Microscopy. Electrochemical characterization was performed in acidic and basic media; the following techniques were employed: cyclic voltammetry, chronoamperometry, CO-stripping, and controlled potential electrolysis in basic medium; the products were attributed on the basis of HPLC-data. The physicochemical characterization data showed good distribution and reduced particle size (< 2 nm). The obtained metal (Pt:Fe) ratio differed from the nominal composition (1: 1), indicating that reduction and/or adsorption between metals and Vulcan carbon was not as effective as expected. Stability analyses indicated that PtFe-containing electrocatalysts were more stable than pure platinum. In the characterization with glycerol, the PtFe/C electrocatalysts decreased the overpotential of the onset of glycerol oxidation. However, a gain in the glycerol oxidation rate was only obtained in basic medium. The CO-Stripping data indicated that the electrocatalysts containing PtFe presented larger electrochemically active area. As for electrolysis, glyceric acid was obtained as the major product with all the electrocatalysts. Electrocatalysts containing PtFe provided higher glycerol conversion and increased selectivity for glyceric acid formation as compared to pure platinum. Thus, electrocatalysts containing PtFe improved the glycerol oxidation process, opening space for investigations into prototypes of fuel cells with glycerol consortium, to generate added-value products. In addition, the present work demonstrated the need for new syntheses to increase the amount of iron in platinum, in order to optimize the stability and electroactivity results. https://doi.org/10.11606/D.59.2020.tde-19022020-152901info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USP2023-12-21T19:22:41Zoai:teses.usp.br:tde-19022020-152901Biblioteca 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:27212022-02-18T13:00:12Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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