Valorização eletroquímica de glicerol em catalisadores de Pt, Pd e Au modificados com Terras Raras em célula a combustível direta alcalina: cogeração de energia e produtos de maior valor agregado

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Cursi, Fabiano dos Santos
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Catalisador de ouro; Catalisador PGM; Célula a combustível alcalina direta; Direct alkaline fuel cell; Eletro-oxidação de glicerol; Eletrodo de Terras Raras; Glycerol electro-oxidation; Glycerol valorization; Gold-based catalyst; PGM-based catalyst; Rare Earth-modified electrode; Valorização de glicerol
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-22012025-115337/

Glicerol é um poliol de fonte renovável subproduto (10% m/m) da produção de biodiesel. O crescimento da indústria de biocombustíveis produz um excedente de glicerol de baixo valor que pode ser aproveitado como combustível em célula a combustível alcalina direta (DAFC), sistema capaz de converter energia química em eletricidade e oxidar simultaneamente glicerol em produtos de maior valor agregado. Focados nisso, a valorização eletroquímica do glicerol foi proposta usando catalisadores de Pt, Pd e Au suportados em carbono e modificados com elementos Terras Raras (RE) (RE = La, Ce, Nd, Y ou Eu) para serem utilizados como ânodos em DAFC, operando em batelada à temperatura ambiente. Neste trabalho, os catalisadores nanoestruturados foram preparados pelos métodos: troca de ânions brometo (BAE), processo que usa Br- como agente complexante e NaBH4 como agente redutor, e processo poliol associado a aquecimento por micro-ondas, método que usa etilenoglicol como solvente e agente redutor em meio básico. Os catalisadores foram caracterizados por TGA, ICP-OES, XRD, EDS e TEM para entender a relação entre composição, estrutura e atividade dos materiais, tentando observar uma resposta sinérgica dos RE sobre a atividade dos metais nobres (MN). Foi possível identificar uma junção ternária MN-(REOx)-C com as espécies de óxido/hidróxido de RE atuando como co-catalisadores, impulsionando a cinética de oxidação eletroquímica do glicerol devido ao mecanismo bifuncional. MN(TROx)/C melhoraram o desempenho da DAFC quando modificados com La, Ce e Y, atingindo maior densidade de potência e oxidando principalmente o glicerol em glicerato, um importante produto de maior valor agregado. Os catalisadores sintetizados pelo método poliol foram mais ativos, produzindo nanopartículas menores e mais bem distribuídas sobre carbono do que quando preparados via método BAE. PdFe/C sintetizado via poliol foi empregado como cátodo para ORR, apresentando impressionante estabilidade e tolerância ao glicerol. Espectro-eletroquímica (FTIR in situ) e cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) foram utilizadas para analisar os produtos da reação.