Nanopartículas de Pd suportadas em compósitos óxido-carbono: influência das interações metal-suporte na oxidação de etanol em meio básico

Abstract

Fuel cells powered directly with ethanol (Direct Ethanol Fuel Cell-DEFC) are very attractive for the possibility of using a renewable fuel in the generation of clean energy. However, it is still necessary to deepen the understanding of catalytic processes and their dependence on the catalytic properties. This work proposes to study the catalytic activity of ethanol oxidation in an alkaline medium of Pd nanoparticles supported in carbon oxide hybrids using various transition metal oxides (MoO3, TiO2, WO3 and ZrO2). The materials prepared were characterized by techniques such as X-ray diffraction, transmission electron microscopy (TEM) and X-ray dispersive spectroscopy (EDX) to verify the structure, the distribution of particles in the supports and the presence of Pd on particles oxide. Experiments of X-rays absorption spectroscopy were carried out using soft X-rays (SXS) to evaluate the changes in the electronic properties of the Pd particles caused by interactions with different oxides. Measurements of cyclic voltammetry and potential sweeps of adsorbed CO oxidation allowed evaluating general aspects of the catalysts' electrochemical behavior and determining the electrochemically active area thereof. The catalytic performances of ethanol oxidation in alkaline medium were evaluated by electrochemical techniques (potential scan and chronoamperometry), and showed an improvement in activity with the addition of oxides in material containing only carbon, which was most pronounced for the catalyst containing TiO2. This improvement was predominantly associated with the electronic effects caused by the interaction of Pd on the support, causing a vacancy in the 4d band of Pd which, in turn, produces variations in adsorption energies of the species...

As células a combustível alimentadas diretamente com etanol (Direct Ethanol Fuel Cell-DEFC) são muito atrativas pela possibilidade de utilizar um combustível renovável na geração de energia limpa. No entanto, ainda é preciso aprofundar a compreensão dos processos catalíticos bem como a sua dependência das propriedades dos catalisadores. Este trabalho propõe o estudo da atividade catalítica para a oxidação de etanol em meio alcalino de nanopartículas de Pd suportadas em híbridos carbono-óxido utilizando diferentes óxidos de metais de transição (MoO3, TiO2, WO3 e ZrO2). Os materiais preparados foram caracterizados por técnicas como difração de raios X, microscopia eletrônica de transmissão (MET), espectroscopia por dispersão de raios X (EDX) para verificar a estrutura, a distribuição das partículas nos suportes e a presença de Pd sobre as partículas de óxido. Experimentos de espectroscopia de absorção de raios X foram realizados utilizando raios X moles (SXS) para avaliar as mudanças nas propriedades eletrônicas do Pd causadas pelas interações das partículas com os diferentes óxidos. Medidas de voltametria cíclica e varreduras de potencial de oxidação de CO adsorvido permitiram avaliar aspectos gerais do comportamento eletroquímico dos catalisadores e determinar a área eletroquimicamente ativa dos mesmos. Os desempenhos catalíticos para a oxidação de etanol em meio básico foram avaliados por técnicas eletroquímicas (varredura de potencial e cronoamperometria) e revelaram uma melhora da atividade com a adição dos óxidos em relação ao material contendo apenas carbono, que foi mais pronunciada para o catalisador com TiO2. Essa melhora estaria predominantemente associada aos efeitos eletrônicos causados pela interação do Pd com o suporte, que provoca uma mudança na vacância da banda 4d do Pd que, por sua vez, produziria variações das energias de...