Eletrodo modificado de Fe-N-C para redução de oxigênio: estudo cinético em meio ácido

• Autor(a) principal: Martins, Matheus
• Data de Publicação: 2024
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-10042024-141417/
• topic: Cinética eletroquímica; Electrochemical kinetics; Fe-N-C; Fe-N-C; Oxygen reduction reaction; Reação de redução de oxigênio

Nas últimas décadas, a geração de energia renovável, especialmente a partir de células a combustível de membrana trocadora de prótons (PEMFCs), tem atraído a atenção de pesquisadores devido à sua eficiência em conversão de energia e sua contribuição para a redução da poluição proveniente da queima de combustível fóssil. Usualmente, são utilizados eletrocatalisadores compostos de metais nobres, como por platina e ligas de platina, para aumentar a velocidade da reação de redução de oxigênio e a eficiência da conversão eletroquímica de energia. No entanto, a alta escassez e o custo desses catalisadores são responsáveis por uma parcela significativa dos custos das PEMFCs. Devido a isso, diversas pesquisas tem se concentrado em eletrocatalisadores livres de metais nobres, com destaque para os catalisadores \"single-atom\"(SACs). Especialmente, os SACs derivados da pirólise de carbono dopado com metais de transição e nitrogênio (M-N-C), principalmente Fe e Co devido ao baixo custo e alta abundância, têm se destacado como alternativas viáveis para a RRO. O Fe-N-C apresenta estabilidade e alta atividade catalítica para RRO, sendo, assim, um dos materiais mais promissores para substituir a platina em células a combustível. Neste estudo, é realizado uma avaliação eletroquímica do catalisador Fe-N-C para a RRO em meio ácido, além da proposição de modelos cinéticos e mecanismo reacional. O catalisador apresenta um potencial \"onset\"de aproximadamente 0,80 V vs. RHE, densidade de corrente de troca de 7,63.10-8 A cm-2, valor compatível com as ligas de platina, baixa resistência de transferência de carga e baixo grau de recobrimento do intermediário. A inclinação de Tafel de 121,65 mV dec-1 indica que a primeira transferência eletrônica é a etapa mais lenta da reação. As constantes de velocidade obtidas demonstram que a reação ocorre via paralela, com contribuição majoritária pela via direta. Portanto, o catalisador estudado apresenta uma boa atividade catalítica para a RRO, com o mecanismo de reação via paralela e formação de peróxido de hidrogênio como intermediário.