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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.75.2019.tde-04012019-165136
Documento
Autor
Nome completo
Nathalia Abe Santos
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2016
Orientador
Banca examinadora
Perez, Joelma (Presidente)
Calegaro, Marcelo Luiz
Andrade, Adalgisa Rodrigues de
Saeki, Margarida Juri
Ticianelli, Edson Antonio
Título em português
Estudo das variações das propriedades físico-químicas de catalisadores Pt-Sn/C, Pt-Nd/C e Pt-Nd-Sn/C para a eletro-oxidação de etanol
Palavras-chave em português
catalisadores
células combustível
oxidação de etanol
Pt-Sn
Resumo em português
O desenvolvimento de catalisadores eficientes para a reação de oxidação de etanol em células a combustível requer a compreensão da influência das propriedades dos materiais (composição e cristalinidade) na atividade catalítica. Assim, foi trabalhado com materiais a base de Pt-Sn tratados termicamente em atmosfera de hidrogênio e argônio com ou sem recobrimentos de camada protetora de MgO e com catalisadores à base de Pt, Sn e Nd. Para o sistema Pt-Sn/C tratados termicamente, as caracterizações físicas mostraram que foi possível sintetizar nanopartículas suportadas sem aglomerações com diferentes fases cristalinas e graus de liga. A utilização de MgO como protetor no tratamento térmico foi eficiente e não permitiu grande variação do tamanho das nanopartículas de Pt-Sn. Os materiais Pt-Sn/C apresentaram perfis voltamétricos similares em meio ácido. Também apresentaram melhor desempenho para a reação de oxidação de CO adsorvido quando comparado ao catalisador comercial, tanto antes e após o teste de envelhecimento acelerado (TEA). As medidas após o TEA dos materiais tratados com hidrogênio apresentaram diferenças no perfil da varredura linear da oxidação de CO adsorvido, o que indica mudança na estrutura superficial desses catalisadores possivelmente devido à lixiviação do metal ou ao aumento do tamanho de partícula. Também foi observado que o catalisador com menor quantidade de Sn na fase liga apresentou a melhor estabilidade para reação de oxidação de etanol. Os resultados do sistema de catalisadores Pt-Sn e/ou Nd, mostraram que houve uma melhora da oxidação de etanol para os catalisadores que contem Nd após o TEA, possivelmente as ciclagens lixiviam Nd, o que evita a coalescência das partículas metálicas. Os dados de FTIR indicam que os catalisadores que contem Sn apresentam as bandas de ácido acético mais intensas. Já os catalisadores que contém Nd apresentaram bandas de CO adsorvido menos intensas, indicando uma adsorção de CO mais fraca. Também foi observado que o catalisador trimetálico Pt-Sn-Nd/C apresentou o melhor desempenho em teste de célula unitária.
Título em inglês
Studies of physicochemical properties variations of Pt-Sn / C catalysts, Pt-Nd / C and Pt-Sn-Nd / C for the electro-oxidation of ethanol
Palavras-chave em inglês
catalysts
ethanol oxidation
fuell cells
Pt-Sn
Resumo em inglês
The development of efficient catalyst to ethanol oxidation reaction in fuel cells requires the comprehension of the influence of material proprerties (composition and crystallinity) on the catalytic activity. Herein, PtSn-based catalysts were synthesized and annealed in H2 or Ar atmosphere with and without MgO protective coating. Also, catalysts Pt, Sn and Nd-based were synthesized. The physical characterization of annealed Pt-Sn/C samples shows the formation of nanoparticles with different crystalline phases and alloy amounts with no agglomeration. The MgO coating was an efficient protector since the Pt-Sn particles did not grown during annealing. All the Pt-Sn/C catalysts present similar voltammetric profile in acidic electrolytic and shows better catalytic activity for CO oxidation than commercial Pt, before and after accelerated aging test (AAT). Differences in the linear sweep profile during CO oxidation before AAT indicate changes in the surface structure of catalysts annealed in H2 atmosphere, which can be explained by metal dissolution or particles growth. Studies also show catalysts with lower Sn amount in alloy phase are more stable for ethanol oxidation. The results of Pt-Sn and/or Nd catalysts system show improvement in the ethanol oxidation activity by Nd-based catalysts before AAT. It is possible that the cycling can dissolve Nd, preventing metals particles coalescence. Sn-based catalysts show strong acetic acid infrared absorption bands in FTIRAS analyses. CO bands appear less intense for Nd-based catalysts, which indicates a weak CO adsorption on these materials. In addition, the trimetallic Pt-Sn-Nd/C catalyst presents the best performance in unitary cell tests.
 
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Data de Publicação
2019-01-17
 
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