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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.59.2023.tde-17052023-102948
Document
Author
Full name
Fárlon Felipe Silva Xavier
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2023
Supervisor
Committee
Olivi, Paulo (President)
Silva, Rodrigo Garcia da
Antonia, Luiz Henrique Dall
Lima, Fabio Henrique Barros de
Profeti, Demetrius
Ramos, Ana Paula
Title in Portuguese
Catalisadores a base de ródio e níquel depositados sobre carbono para eletro-oxidação de glicerol
Keywords in Portuguese
Eletro-oxidação
Eletrodos modificados
Glicerol
Níquel
Ródio
Abstract in Portuguese
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.
Title in English
Rhodium and nickel based catalysts deposited on carbon for electro-oxidation of glycerol
Keywords in English
Electrooxidation
Glycerol
Modified electrodes
Nickel
Rhodium
Abstract in English
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.
 
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Publishing Date
2023-05-26
 
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