Preparo de nanoestruturas de AgPt ocas resistentes ao metanol em cátodos de células a combustível

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: RODRIGUES, Makson Rangel de Melo
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMA
Texto Completo: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/tede/4209
Resumo: The maneuvering of catalysts at an atomic level is a versatile tool to control different properties, improving performance in applications of interest. Here, the main focus was to propose an energy device that could be used as a modifier of glassy carbon electrodes, with potential for use in alternative devices. Based on theoretical simulations, we found the best nanometric system to obtain an active system for the Oxygen Reduction Reaction (ORR) with a high tolerance to methanol (once the crossover effect - passage of methanol from one electrode to the other) happens routinely during the operation of Direct Methanol Fuel Cells (DMFCs). It was found that the interaction of oxygen is significantly more favorable in nanoshells of AgPt (empty materials), hampering the Methanol Oxidation Reaction (ROM) that can take place. This process was credited to the randomness of the arrangement of the atoms, lowering the possibility of three adjacent Pt sites. Nanoshells were prepared using a galvanic replacement approach and immobilized on silica, allowing remarkable stability after 1000 catalytic cycles. In addition, the high surface of the nanoshells promoted a high conductivity, even considering the immobilization of the material in silica. Notably, the system produced a 4-electron RRO mechanism with only 1.0 wt% Pt charge, and even with significantly lower kinetics when compared to the commercial Pt/C 20.0 wt% Pt, the system showed high tolerance to the crossover effect.
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Based on theoretical simulations, we found the best nanometric system to obtain an active system for the Oxygen Reduction Reaction (ORR) with a high tolerance to methanol (once the crossover effect - passage of methanol from one electrode to the other) happens routinely during the operation of Direct Methanol Fuel Cells (DMFCs). It was found that the interaction of oxygen is significantly more favorable in nanoshells of AgPt (empty materials), hampering the Methanol Oxidation Reaction (ROM) that can take place. This process was credited to the randomness of the arrangement of the atoms, lowering the possibility of three adjacent Pt sites. Nanoshells were prepared using a galvanic replacement approach and immobilized on silica, allowing remarkable stability after 1000 catalytic cycles. In addition, the high surface of the nanoshells promoted a high conductivity, even considering the immobilization of the material in silica. Notably, the system produced a 4-electron RRO mechanism with only 1.0 wt% Pt charge, and even with significantly lower kinetics when compared to the commercial Pt/C 20.0 wt% Pt, the system showed high tolerance to the crossover effect.A manipulação a nível atômico de catalisadores é uma ferramenta versátil no controle de diversas propriedades do material, permitindo melhorar o seu desempenho em aplicações de interesse. Aqui, o foco principal foi propor um catalisador que pudesse ser utilizado como modificador de eletrodos de carbono vítreo, com potencial utilização em dispositivos alternativos de energia. Com base em simulações teóricas, desvendou-se o melhor sistema nanométrico para obter um sistema ativo para a Reação de Redução de Oxigênio (RRO) com alta tolerância ao metanol, visto que o efeito crossover (passagem do metanol de um eletrodo a outro) acontece rotineiramente durante a operação de Células a Combustível de Metanol Direto (Direct Methanol Fuel Cells – DMFCs). Descobriu-se que a interação do oxigênio é significativamente mais favorável na superfície das nanocascas (materiais vazios) de AgPt, dificultando a Reação de Oxidação do Metanol (ROM) que pode acontecer. A esse processo foi creditada a aleatoriedade da disposição atômica de Ag e Pt, diminuindo o arranjo de três sítios de Pt vizinhos. Experimentalmente, prepararam-se as nanocascas por substituição galvânica e estas foram imobilizadas em sílica, o que permitiu uma estabilidade significativa após 1000 ciclos catalíticos. Além disso, a alta área superficial das nanocascas promoveu alta condutividade, mesmo considerando a imobilização do material em sílica. Importante salientar que o sistema produziu um mecanismo de RRO de 4 elétrons com apenas 1,0% em massa de carga de Pt e, mesmo com um cinética menor quando comparado ao catalisador comercial Pt/C (20,0% em massa de Pt), o sistema mostrou alta tolerância ao efeito crossover.Submitted by Daniella Santos (daniella.santos@ufma.br) on 2022-10-24T04:29:41Z No. of bitstreams: 1 MaksonRangelRodrigues.pdf: 1817409 bytes, checksum: e8f9b092e7561c19c437f787710774b3 (MD5)Made available in DSpace on 2022-10-24T04:29:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MaksonRangelRodrigues.pdf: 1817409 bytes, checksum: e8f9b092e7561c19c437f787710774b3 (MD5) Previous issue date: 2022-09-21CAPESapplication/pdfporUniversidade Federal do MaranhãoPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA/CCETUFMABrasilDEPARTAMENTO DE QUÍMICA/CCETnanocascas de AgPt;reação de oxidação do metanol;reação de redução de oxigênio;células a combustível de metanol direto;AgPt nanoshells;methanol oxidation reaction;oxygen reduction reaction;direct methanol fuel cells.QuímicaPreparo de nanoestruturas de AgPt ocas resistentes ao metanol em cátodos de células a combustívelPreparation of methanol-resistant hollow AgPt nanostructures in fuel cell cathodesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMAinstname:Universidade Federal do Maranhão (UFMA)instacron:UFMAORIGINALMaksonRangelRodrigues.pdfMaksonRangelRodrigues.pdfapplication/pdf1817409http://tedebc.ufma.br:8080/bitstream/tede/4209/2/MaksonRangelRodrigues.pdfe8f9b092e7561c19c437f787710774b3MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82255http://tedebc.ufma.br:8080/bitstream/tede/4209/1/license.txt97eeade1fce43278e63fe063657f8083MD51tede/42092022-10-24 01:31:00.13oai:tede2: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://tedebc.ufma.br/jspui/PUBhttp://tedebc.ufma.br:8080/oai/requestrepositorio@ufma.br||repositorio@ufma.bropendoar:21312022-10-24T04:31Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMA - Universidade Federal do Maranhão (UFMA)false
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