Banca de DEFESA: VICTOR DOS SANTOS PINHEIRO

Uma banca de DEFESA de DOUTORADO foi cadastrada pelo programa.
DISCENTE : VICTOR DOS SANTOS PINHEIRO
DATA : 25/02/2022
HORA: 14:00
LOCAL: https://meet.google.com/nja-fdon-vcb
TÍTULO:

Eletrocatalisadores Híbridos Baseados em Nanopartículas de Pd, Pt e Sn, e em Nanobarras de Céria para Aplicação em Células à Combustível

PÁGINAS: 272
RESUMO:

As células a combustível são importantes dispositivos de conversão de energia, uma vez que alternativas de combustíveis fósseis estão sendo cada vez mais estudadas. As células a combustível que utilizam gás hidrogênio apresentam excelentes resultados, entretanto, devido aos perigos da utilização direta do gás hidrogênio, as células a combustível de etanol direto alcalino (ADEFCs – Alkaline Direct Ethanol Fuel Cells) têm adquirido importância, visto que o etanol é um combustível renovável e não tóxico ao ser humano, como o metanol. Todavia existem ainda existem desafios pela frente, como a baixa eficiência dos eletrocatalisadores para a reação de redução de oxigênio (RRO), a qual ocorre lentamente em seu cátodo e também a dificuldade na quebra da ligação C-C da molécula de etanol na reação de oxidação de etanol (ROE) que ocorre no ânodo das ADEFCs, além do alto custo dos eletrocatalisadores baseados apenas em paládio (Pd) ou platina (Pt). Nesse sentido, esse trabalho visa a síntese, caracterização e aplicação de diferentes eletrocatalisadores híbridos contendo quantidades reduzidas de nanopartículas de Pd e/ou Pt combinados com nanopartículas de estanho (Sn) e/ou nanobarras de céria (NR CeO₂), utilizados como metais e óxidos metálicos auxiliares na RRO e na ROE, aumentando suas eficiências e também reduzindo o custo total do eletrocatalisador, os quais foram suportados em carbono Vulcan XC-72 (Vn), visando um aumento na área superficial do material e redução ainda maior do custo final do eletrocatalisador. Os diferentes eletrocatalisadores híbridos sintetizados foram caracterizados físico-quimicamente por difração de raios-X (DRX), espectroscopia fotoeletrônica de Raios-X (XPS), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), espectroscopia de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET), ângulo de contato, espectroscopia Raman e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR). Dentre os eletrocatalisadores avaliados na RRO em células a combustível, observou-se uma grande importância da adição das NR CeO₂ devido ao aumento do número de defeitos, espécies oxigenadas e vacâncias nos eletrocatalisadores, as quais foram comprovadas por diferentes técnicas e pelos melhores resultados apresentados por esses materiais em comparação aos resultados obtidos pelos eletrocatalisadores comerciais, Pt/C Alfa Aesar (cátodo) e Pd/C Alfa Aesar (ânodo), em experimentos de ADEFC unitária. Dentre os eletrocatalisadores híbridos binários e ternários avaliados na RRO (Pt_x(NR CeO₂)_y(Vn)_z, Pd_x(NR CeO₂)_y(Vn)_z e Pd_xPt_y/Vn e (Pd₃Pt₁)_x(NR CeO₂)_y(Vn)_z), o eletrocatalisador híbrido ternário (Pd₃Pt₁)₁₅(NR CeO₂)₁₀(Vn)₇₅ tem destaque quando utilizado como cátodo nos experimentos de ADEFC unitária com o eletrocatalisador comercial Pd/C Alfa Aesar como ânodo, pois apresentou potencial de circuito aberto (OCP – Open Circuit Potential), densidades de corrente e potência máximas de 1130 mV, 219 mA cm^-2 e 61 mW cm^-2, respectivamente, sendo esses os melhores resultados substituindo apenas o cátodo da ADEFC, e ao utilizar os eletrocatalisadores comerciais foram alcançados apenas 969 mV, 123 mA cm^-2 e 23 mW cm^-2, respectivamente. Dentre os eletrocatalisadores híbridos binários e ternários avaliados na ROE (Pd_x(NR CeO₂)_y(Vn)_z, e Pd_xSn_y/Vn e (Pd₁Sn₃)_x(NR CeO₂)_y(Vn)_z), o eletrocatalisador híbrido ternário (Pd₁Sn₃)₁₀(NR CeO₂)₂₀(Vn)₇₀ tem destaque quando utilizado como ânodo nos experimentos de ADEFC unitária com o eletrocatalisador comercial Pt/C Alfa Aesar como cátodo, pois apresentou OCP, densidades de corrente e potência máximas de 1100 mV, 113 mA cm^-2 e 30 mW cm^-2, respectivamente, sendo que sua carga de Pd foi cerca de oito vezes inferior ao utilizado na avaliação dos eletrocatalisadores comerciais (0.13 mg _Pd cm^-2 versus 1 mg _Pd cm^-2). Dessa forma, esses resultados de densidades de corrente e potência máximas para esse eletrocatalisador normalizada por miligrama de Pd foram de 869 mA cm^-2 mg _Pd^-1 e 231 mW cm^-2 mg _Pd^-1, enquanto utilizando o eletrocatalisador comercial no ânodo obteve-se apenas 123 mA cm^-2 mg _Pd^-1 e 23 mW cm^-2 mg _Pd^-1, respectivamente. Portanto, o eletrocatalisador híbrido ternário (Pd₁Sn₃)₁₀(NR CeO₂)₂₀(Vn)₇₀ apresentou os melhores resultados como ânodo da ADEFC. Os eletrocatalisadores híbridos binários Pd_x(NR CeO₂)_y(Vn)_z se mostraram versáteis, sendo que estes eletrocatalisadores apresentaram bons resultados tanto na RRO quanto na ROE, sendo que utilizando o eletrocatalisador Pd₁₅(NR CeO₂)₁₀(Vn)₇₅ como cátodo e Pd₁₀(NR CeO₂)₂₀(Vn)₇₀ como ânodo em experimentos de ADEFC unitária foram obtidos OCP, densidade de corrente máxima e densidade de potência máxima de 1270 mV, 190 mA cm^-2 e 65 mW cm^-2, respectivamente. Esses resultados em ambas as aplicações podem ter ocorrido devido ao elevado número de defeitos, espécies oxigenadas e vacâncias nesses eletrocatalisadores e pelo efeito sinérgico entre as NR CeO₂ e as nanopartículas de Pd. Todavia o eletrocatalisador híbrido ternário (Pd₃Pt₁)₁₅(NR CeO₂)₁₀(Vn)₇₅ apresentou os melhores resultados quando utilizado no cátodo em experimentos de ADEFC unitária e o eletrocatalisador híbrido ternário (Pd₁Sn₃)₁₀(NR CeO₂)₂₀(Vn)₇₀ apresentou os melhores resultados quando utilizado no ânodo em experimentos de ADEFC unitária. Nesse sentido, esses eletrocatalisadores híbridos ternários são promissores para serem aplicados em ADEFCs devido ao aumento de eficiência na RRO e ROE apresentado e a diminuição da carga de metal nobre, resultando em uma diminuição no custo desses eletrocatalisadores. 

MEMBROS DA BANCA:
Presidente - Interno ao Programa - 1544381 - MAURO COELHO DOS SANTOS
Membro Titular - Examinador(a) Interno ao Programa - 1844792 - AMEDEA BAROZZI SEABRA
Membro Titular - Examinador(a) Interno ao Programa - 1814655 - LUCIA HELENA GOMES COELHO
Membro Titular - Examinador(a) Externo à Instituição - ROBERTO MANUEL TORRESI - USP
Membro Titular - Examinador(a) Externo à Instituição - ARTUR DE JESUS MOTHEO - USP
Membro Suplente - Examinador(a) Interno ao Programa - 1864481 - HUEDER PAULO MOISES DE OLIVEIRA
Membro Suplente - Examinador(a) Externo ao Programa - 1671688 - ANDRE SARTO POLO
Membro Suplente - Examinador(a) Externo à Instituição - LÚCIA CODOGNOTO DE OLIVEIRA - UNIFESP