Desenvolvimento de estratégias para aumentar a eficiência da reação de oxidação de etanol pelo mecanismo de 12 elétrons, dando CO2 como produto, no contexto das células a combustível de etanol direto

Resumo

1. Deseenvolvimento de eletrocatalisadores: Com base na ampla experiência do Grupo de Eletroquímica na síntese de nanocatalisadores suportados e não suportados, serão sintetizados nanocatalisadores com base na platina e ligas de platina com metais como Ru, Rh, Sn, Os, W. Os catalisadores poderão ser bi- ou trimetálicos, procurando composições que aumentem o efeito bifuncional (oxidação de intermediários da reação) e a quebra da ligação C-C no etanol. As sínteses serão realizadas através de métodos clássicos (redução com ácido fórmico) ou métodos mais avançados através do uso de aditivos (tioureia, estabilizantes, etc.) que permitam controlar o tamanho de partícula e a homogeneidade do catalisador. Os catalisadores poderão ser suportados sobre Carbono Vulcan ou sobre óxidos de metais como Ru, Sn e Nb que podem atuar como co-catalisadores. A caracterização dos catalisadores será feita inicialmente por técnicas físicas como a) espectroscopia de dispersão de energia de raios-X (EDX) para determinar a composição atômica do catalisador, b) difratometria de raios-X (DRX) para determinar as características estruturais da célula unitária e o parâmetro de rede, bem como o tamanho dos cristalitos e a existência de orientações preferenciais, c) microscopia eletrônica de transmissão normal (TEM) e de alta resolução (HRTEM) para determinar o tamanho e distribuição das nanopartículas, bem como a morfologia, d) absorção de raios X (XAS) para determinar a estrutura eletrônica (na região XANES) e a estrutura de coordenação (na região EXAFS). 2. Estudos Eletroquímicos: Os estudos eletroquímicos dos catalisadores desenvolvidos serão realizados através de técnicas eletroquímicas potenciodinâmicas, como as voltametrias de varredura e técnicas de estado estacionário como a cronoamperometria e a espectroscopia de impedância. Eletrodos de difusão de gás serão preparados com os catalisadores de acordo com métodos já desenvolvidos. Esses eletrodos serão testados individualmente em meia-célula e em células a combustível unitárias. 3.Estudo do efeito da temperatura na reação de oxidação de etanol. Estima-se que avanços na reação de oxidação de etanol, principalmente no sentido de aumentar a eficiência pelo caminho de oxidação completa a CO2, poderão ser conseguidos aumentando a temperatura de operação. Estudos fundamentais nesse sentido serão feitos com os catalisadores desenvolvidos e metais e ligas massivos em eletrólitos adequados como o ácido fosfórico ou líquidos iônicos. Nas células a combustível serão utilizadas membranas que permitam operar em temperaturas mais elevadas (até 200 oC) como as membranas de polibenzimidazol (PBI), as derivadas do PBI (como ABPBI) ou outras alternativas. Desta forma espera-se avançar no desenvolvimento das células a combustível de etanol direto. (AU)