ESTUDO DO DESEMPENHO DE ELETROCATALISADORES DE SnxCoy/C LIVRE DE PLATINA PARA REAÇÃO DE ELETRO-OXIDAÇÃO DO ETANOL.

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Físico-Química

Autores

Miranda, I.S. (IFPA) ; Mendes, M.H.S. (UFPA) ; Soares, A.M.S. (UFOPA)

Resumo

Este trabalho está relacionado ao estudo de eletrocatalisadores livres de platina para aplicação em células a combustível de etanol direto. Neste caso, foi escolhido o sistema binário SnxCoy para realização dos testes de atividade catalítica para reação de eletro-oxidação de etanol em meio ácido. Os eletrocatalisadores foram preparados por sintese via borohidreto de sódio (BH).A avaliação da atividade catalítica dos materiais sintetizados foi realizada através de Voltametria Cíclica e Cronoamperometria. Os resultados mostraram bom desempenho para o eletrocatalisador Sn50Co50/C em comparação aos demais catalisadores.

Palavras chaves

Oxidação do etanol; Célula a combustível; eletrocatalisador

Introdução

Na atualidade uma das grandes preocupações da humanidade é com a disponibilidade energética e os problemas ambientais causados pela queima dos combustíveis fósseis junto ao alto comprometimento de suas reservas. O estudo de alternativas energéticas é premente. Neste contexto, destacam-se os estudos em células a combustível, consideradas como sistemas de geração de energia com elevada eficiência e baixos índices de poluição (VIELSTICH et al, 2003). As células a combustível são sistemas conversores de energia química em energia elétrica e calor. Estas células produzem energia elétrica à medida que os reagentes são introduzidos no sistema (VILLULLAS et al, 2002). Uma vez que as células a combustível que operam a baixa temperatura demonstram uma cinética lenta para reação de oxidação do etanol, eletrocatalisadores constituídos por metais nobres são usados para acelerar esse processo (ANTOLINI, 2007). No intuito de diminuir o uso da Platina em eletrocatalisadores para células a combustível, varias ligas bimetálicas e trimetálicas de Pt tem sido estudadas (NETO et al, 2006; GOMES et al, 2013; QUADROS, 2010; TAYAL et al, 2011; ZHU et al, 2009.) Recentemente, novos estudos têm sido feitos também com eletrocatalisadores livre de Platina, utilizando-se catalisadores como IrO2/C, BiO2/C, ZrO2/C, Pd/C (CHANG et al, 2011, PILWON et al, 2008), com objetivo de encontrar novos metais ou compostos que possam ter atividade catalítica similar à Pt para utilização em células a combustível. Neste trabalho, foi estudado o desempenho de novos catalisadores de SnCo/C livres platina, frente à reação de eletro-oxidação do etanol. Para tanto, foram sintetizados eletrocatalisadores através do método de síntese por impregnação via Borohidreto de sódio.

Material e métodos

Os estudos voltamétricos e cronoamperométricos foram realizados em uma célula eletroquímica de vidro sem separação entre os compartimentos, com cinco aberturas na parte superior. Os ensaios eletroquímicos de voltametria e cronoamperometria foram realizados com um AUTOLAB PGSTAT 302N conectado a uma célula de trabalho contendo solução de H2SO4 1 Mol/L e Etanol 1 Mol/L, e com velocidade de varredura para as análises voltamétricas de 50 mV.s-1. A síntese via Borohidreto de sódio (BH) foi realizada conforme Liu e colaboradores (2005). Todos os ensaios realizados foram para sintetizar os eletrocatalisadores suportados em carbono Vulcan XC-72R. Na preparação dos eletrocatalisadores foram utilizado soluções de CoCl2.6H2O (Acros), SnCl2.2H2O (Acros) na concentração de 0,1 mol/L e H2PtCl6.6H2O (Acros) na concentração de 0,0193 mol/L. Para efeito de comparação, catalisadores de Pt30Sn35Co35/C e Pt/C, também, foram sintetizados pelos mesmos métodos com a mesma carga de massa de metal/carbono (m/m).

Resultado e discussão

Os voltamogramas cíclicos para eletro-oxidação do etanol sobre eletrocatalisadores de SnCo/C (BH) são mostrados na Figura 1. Primeiramente, para análises de voltametria cíclica foi estabelecida uma faixa de potencial entre 0,2 e 0,5 V, uma vez que esta é a faixa de interesse tecnológico para aplicações em sistemas de células a combustível. O catalisador Sn50Co50 (BH) obteve maiores valores de correntes na faixa de potencial escolhido em comparação aos demais materiais livre de platina, provavelmente a formação de uma fase mais cristalina. Outra característica observada, foi que provavelmente a presença de uma quantidade mais significativa de óxidos na superfície do material de Sn50Co50 (BH), pode ter auxiliado em um resultado com maior valor de corrente para este catalisador (LI et al. 2011). A estabilidade e o desempenho eletroquímico dos eletrocatalisadores foram estudados por cronoamperometria e todas as medidas encontram-se na Figura 2. É possível verificar, entre os eletrocatalisadores binários, que a liga Sn50Co50/C (BH) apresenta maiores correntes durante o inicio da reação, porém, com decorrer do tempo as medidas de corrente da liga Sn50Co50/C (BH) decai a ponto de ficar com valores iguais, tanto da Pt/C (BH) como do Sn25Co75/C (BH), este efeito pode estar relacionado com o fato da liga de SnCo se dissociar em meio ácido (BEYHAN et al, 2013). A curva do catalisador Pt30Sn35Co35/C (BH) obteve uma corrente mais elevada em relação aos demais catalisadores, conforme BEYHAN et al. (2013) a adição de um terceiro metal a uma liga metálica proporciona ao material mais estabilidade frente a reação do etanol, sendo este o possivel fator para haver uma certa discrepância entre os valores de corrente entre esta e as demais ligas.

Voltamogramas Cíclicos de eletrocatalisadores sintetizados via Borohidreto de sódio (BH).


Curvas cronoamperométricas de eletro-oxidação do etanol medidas sobre catalisadores, sintetizados via Borohidreto de sódio (BH)

Conclusões

Os resultados das atividades catalíticas, medidas por voltametria cíclica, mostraram que os catalisador Sn50Co50 (BH) livres de platina apresentaram na faixa de potencial entre 0,2 e 0,5 V, maiores valores de correntes na maior parte da faixa em estudo. Através dos cronoamperogramas, foram verificados valores de corrente e estabilidade promissores para o catalisador de Pt30Sn35Co35/C (BH). As medidas de cronoamperometria mostraram também uma pequena vantagem na corrente do catalisador Sn50Co50/C (BH) em relação aos demais eletrocatalisadores livres de Pt.

Agradecimentos

A UFPA pelo espaço cocedido para efetuar as análises.

Referências

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