Development of p-block adatom-modified platinum electrocatalysts for the electrochemical conversion of glycerol in alkaline medium = Desenvolvimento de eletrocatalisadores de platina modificados por adátomos do bloco p para a conversão eletroquímica de glicerol em meio alcalino

Matheus Batista Cordeiro de Souza

Development of p-block adatom-modified platinum electrocatalysts for the electrochemical conversion of glycerol in alkaline medium [recurso eletrônico] = Desenvolvimento de eletrocatalisadores de platina modificados por adátomos do bloco p para a conversão eletroquímica de glicerol em meio alcalino

Matheus Batista Cordeiro de Souza

Material

TESE

Idioma

Inglês

Número de chamada

T/UNICAMP So89d

Título paralelo/equiv.

[Desenvolvimento de eletrocatalisadores de platina modificados por adátomos do bloco p para a conversão eletroquímica de glicerol em meio alcalino]

Publicação

Campinas, SP : [s.n.], 2022.

Descrição física

1 recurso online (126 p.) : il., digital, arquivo PDF.

Nota geral

Orientador: Pablo Sebastian Fernandez

Nota de dissertação ou tese

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química

Resumo Resumo: Alternativas à atual dependência por combustíveis fósseis são constantemente visadas, pois representam a única maneira de minimizar os impactos causados pelo aquecimento global. O gás hidrogênio de alta pureza é unanimemente considerado como a mais importante fonte de energia renovável para... Ver mais Resumo: Alternativas à atual dependência por combustíveis fósseis são constantemente visadas, pois representam a única maneira de minimizar os impactos causados pelo aquecimento global. O gás hidrogênio de alta pureza é unanimemente considerado como a mais importante fonte de energia renovável para o futuro próximo, e pode ser obtido de forma sustentável a partir da eletrólise da água. Dos vários problemas que cerceiam o assunto, a substituição da reação anódica (evolução de oxigênio) pela oxidação de biomassa, como a oxidação de glicerol, não só reduziria o custo energético para operar esses dispositivos, mas também possibilitaria a geração de produtos de maior valor agregado a partir da conversão da biomassa. O glicerol é obtido em abundância como coproduto de síntese durante a produção de biodiesel, um combustível renovável de amplo uso no setor de transporte, e o próprio glicerol também pode ser utilizado como fonte de energia a partir da sua oxidação direta, com a possibilidade de gerar hidrogênio verde, além da sua conversão em outras moléculas de maior interesse econômico. Nesse contexto, o presente trabalho tem por objetivo desenvolver catalisadores a partir de platina para a oxidação eletroquímica do glicerol em meio alcalino, e posteriormente transferir o conhecimento adquirido para dispositivos eletroquímicos. A partir de uma investigação eletroquímica inicial, os eletrodos de platina foram modificados por nove elementos distintos do bloco "p", e foi observado que três deles aumentaram a atividade do eletrodo, com respeito ao eletrodo de platina não modificado: chumbo, bismuto e tálio. A adição desses elementos resultou em maiores correntes anódicas durante um período de tempo mais longo. Usando FTIR in situ, nós mostramos que a presença desses adátomos reduziu a quebra de ligações C-C durante a oxidação, e preveniram a adsorção de CO no eletrodo, um intermediário responsável por envenenar o catalisador. Os produtos de oxidação solúveis foram identificados através de cromatografia líquida, e apesar de não haver mudanças na seletividade com a modificação, houve um aumento significativo no rendimento da reação. Por último, conseguimos transferir o conhecimento acumulado para uma célula a combustível microfluídica, onde modificamos o anodo, nanopartículas de Pt/C suportadas em papel carbono, com bismuto. Foi observado um aumento significativo na voltagem de circuito aberto e potência extraída do dispositivo, e uma mistura de glicolato e formato foi identificada a partir do eletrólito de exaustão do dispositivo, confirmando a possibilidade de cogeração de energia com produtos de alto valor agregado Ver menos

Abstract: Alternatives to the current dependency on fossil fuels are constantly sought after, as it is the only way to minimize the current impact of global warming effect. High-purity hydrogen gas is unanimously considered an important renewable energy source in the foreseeable future, and it can... Ver mais Abstract: Alternatives to the current dependency on fossil fuels are constantly sought after, as it is the only way to minimize the current impact of global warming effect. High-purity hydrogen gas is unanimously considered an important renewable energy source in the foreseeable future, and it can be sustainably synthesized from water electrolysis. Of the many issues surrounding water electrolysis, substituting the anode reaction (oxygen evolution) for biomass oxidation, like the glycerol oxidation, not only would decrease the energy cost needed to operate these devices, but would also enable the generation of value-added products from the biomass conversion. Glycerol is readily obtained as a byproduct from the biodiesel synthesis, another renewable fuel source widely used in the transportation sector, and glycerol itself can also be used as an energy source by its direct oxidation, with the added possibility of generating green hydrogen, in addition to its conversion into other value-added molecules. In this context, this work aims to develop platinum-based catalysts for the electrochemical oxidation of glycerol in alkaline media, and later apply the acquired knowledge to electrochemical devices. In an initial electrochemical investigation, we modified the electrodes with nine different elements from the p-block and identified three elements that improved the electrode activity when compared to the clean platinum electrode: lead, bismuth, and thallium. The addition of these elements resulted in higher anodic currents for a longer period. Using in situ FTIR, we showed that the presence of adatoms reduced the cleavage of C-C bonds during the oxidation, and prevented the adsorption of CO, a poisonous intermediate. Soluble oxidation products were identified using liquid chromatography, and while the selectivity of the reaction did not change, there was a significant increase in the reaction yield. Lastly, we were able to transfer the resulting knowledge to a glycerol-based microfluidic fuel cell, where we modified the anode, Pt/C nanoparticles supported on carbon paper, with bismuth. We saw a significant increase in the open circuit voltage and power extracted from the device after modification, and a mixture of glycolate and formate was generated in the exhaust electrolyte, confirming the possibility of the cogeneration of energy with value-added chemicals Ver menos

Assuntos

Glicerol

Platina

Eletro-oxidação

Células a combustível

Eletrólise

Autoria

Souza, Matheus Batista Cordeiro de, 1992-

Fernández, Pablo Sebastián, 1983- Orientador

Longo, Cláudia, 1968- Avaliador

Araujo, William Reis de, 1991- Avaliador

Angelucci, Camilo Andrea Avaliador