Catalisadores trimetálicos nanoestruturados a base de PtRu para oxidação de metanol

Abstract

Células a combustível são dispositivos promissores devido a sua alta eficiência na conversão de energia química em energia elétrica com baixo ou nenhum impacto ambiental. O desempenho das células de baixa temperatura de operação depende, dentre outros fatores, do catalisador utilizado, composto geralmente de platina na forma de nanopartículas suportadas sobre carbono de alta área superficial. Metanol é um dos combustíveis que pode ser empregado nas células, no entanto sua eletro-oxidação gera espécies intermediárias, como o CO, que permanecem fortemente adsorvidas nos sítios da platina “envenenando” o catalisador, e que são oxidadas apenas em potenciais elevados. O presente trabalho consistiu na preparação de nanopartículas de PtRuM/C (M = Fe ou Sn) ancoradas sobre carbono de alta área superficial, analisando a influência do terceiro metal na atividade eletrocatalítica frente à reação de oxidação de metanol. Os catalisadores foram preparados pelo método de microemulsão e tratados termicamente em atmosfera inerte. A caracterização das propriedades físicas foi realizada por difratometria de raios X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS) e espectroscopia de absorção de raios X dispersivos (DXAS). O comportamento eletroquímico geral dos catalisadores foi avaliado por voltametria cíclica em meio ácido e a atividade eletrocatalítica para a de oxidação de metanol foi estudada por varredura linear de potencial e cronoamperometria. A análise dos produtos e intermediários da oxidação de metanol foi realizada quantitativamente e qualitativamente por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) in-situ. Os resultados para eletro-oxidação de metanol demonstram que...

Fuel cells are promising devices because of its high efficiency in converting chemical energy to electrical energy with low or no environmental impact. The cell performance depends, among other factors, on the catalysts used, usually consisting of platinum nanoparticles supported on high surface area carbon. Methanol is one of the fuels that can be used in a fuel cell. However, its electro-oxidation produces intermediate species, such as CO, which remain strongly adsorbed on the platinum sites, poisoning the catalyst surface because their oxidation takes place only in high potentials. In this work, PtRuM/C (M = Fe or Sn) nanoparticles supported on high surface area carbon were prepared and the influence of the third metal in the electrocatalytic activity toward methanol oxidation was analyzed. The catalysts were prepared in microemulsions and heat treated in an inert atmosphere. Characterization of physical properties was performed by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and dispersive X-ray absorption spectroscopy (DXAS). The general electrochemical behavior of the catalysts was evaluated by cyclic voltammetry in acidic solution while the electrocatalytic activity for methanol oxidation was studied by linear potential sweeps and chronoamperometry. Analysis of the products of methanol oxidation was performed qualitatively and quantitatively by high performance liquid chromatography (HPLC) and in-situ Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR). The results for the electro-oxidation of methanol demonstrate that addition of Sn improves the activity of the materials, while the presence of Fe is detrimental. Moreover, data also revealed that heat treatment promoted... (Complete abstract click electronic access below)