Desenvolvimento e estudo de nanocatalisadores bimetálicos para catodos de células a combustível

Abstract

Com o intuito de preparar nanopartículas de PtFe em estado coloidal utilizando-se como metodologia de preparação a síntese em microemulsões, foi estudado o comportamento das fases do sistema pseudo-ternário dioctil-sulfosuccinato de sódio (AOT) + n-butanol/n-heptano/ água construindo-se o diagrama de fases do sistema, com uma razão em massa de AOT/n-butanol = 2. O sistema mostra uma vasta região de formação de microemulsões. A variação da condutividade elétrica em função da composição do sistema mostrou que as transições entre microemulsões w/o e o/w ocorrem sem que aconteça a separação de fases. O sistema pseudo-ternário foi utilizado na síntese de nanopartículas de PtFe 70:30 suportadas sobre carbono. Os resultados mostram que a presença do n-butanol na microemulsão permite preparar nanopartículas de PtFe com maior quantidade de ferro do que as preparadas na microemulsão sem o co-surfactante, mantendose o tamanho médio e a distribuição de tamanhos das partículas, sem a utilização de surfactantes funcionalizados e/ou de atmosferas inertes. Nanopartículas de PtFe com diferentes composições foram preparadas pelo método de microemulsão, e posteriormente, foram suportadas sobre pó de carbono. Os catalisadores de PtFe/C obtidos são monodispersos e possuem tamanhos médios de partícula de ~3,0 nm. O parâmetro de rede dos catalisadores varia linearmente com a composição dos catalisadores até uma composição de 50% em átomos Fe. O estudo da atividade eletrocatalítica para a reação de redução de oxigênio foi realizado em soluções de H2SO4 saturadas com O2, utilizando a técnica de eletrodo de disco rotatório. Tanto a atividade catalítica para a reação de redução de oxigênio quanto a tolerância ao metanol mostraram-se dependentes da composição, sendo em todos os casos superiores às de amostras de Pt/C comercial. Com fins comparativos...

Aiming to prepare colloidal PtFe nanoparticles in microemulsions, the phase diagram of the pseudo-ternary system bis(2-ethylhexyl)sulfosuccinate (AOT)+nbutanol/ n-heptane/water was constructed, for a mass ratio of AOT/n-butanol = 2. Conductivity measurements showed that within the vast one-phase microemulsion region observed, the structural transition from water-in-oil to oil-in-water microemulsion occurs continuously without phase separation. This pseudo-ternary system was applied to the synthesis of carbon-supported PtFe 70:30 nanoparticles, and it was found that nanoparticles prepared in microemulsions containing n-butanol contain more Fe than those prepared in ternary microemulsions of AOT/n-heptane/water under similar conditions. It was verified that introducing n-butanol as a cosurfactant into the AOT/n-heptane/water system, it was possible obtaining the complete reduction of the Fe ions and well alloyed PtFe nanoparticles with similar mean particle size and particle size distribution, without the need of preparing functionalized surfactants and/or the use of inert atmosphere. This pseudo-ternary system was used to prepare PtFe nanoparticles of different compositions that were subsequently supported on carbon powder. The PtFe/C prepared nanocatalysts are monodispersed and have nearly the same mean particle size (~3.0 nm). The lattice parameter of these catalysts varies linearly with iron content up to 50% (in atoms). The study of the effect of catalyst composition on the electrocatalytic activity toward the oxygen reduction reaction was performed using the rotating disk electrode technique in O2 saturated H2SO4 solutions. The electrocatalytic activity for oxygen reduction as well as methanol tolerance were found to depend on composition, and were in all cases superior to those of commercial Pt/C samples. For comparison purposes, Pt70Fe30 and Pt50Fe50 colloidal nanoparticles were... (Complete abstract click electronic access below)