Eletro-oxidação de metanol e etanol sobre PtAu/C em meio alcalino

Abstract

The development of electrocatalysts for the oxidation of methanol and ethanol is very important, because these alcohols may be used in the anode fuel cells which convert chemical energy directly into electrical energy with high efficiency, cleanly and with low noise. Thus, this study reports to the synthesis of nanocatalysts of PtAu supported on carbon by microemulsion method. The physical characterization of these catalysts is performed through the techniques of X-ray diffraction and transmission electron microscopy. The catalytic activity of the prepared materials was studied using conventional electrochemical techniques and also the technique of spectro-electrochemical in situ FTIR, which allows identification of intermediates and products of the reactions. From the x-ray diffraction, it was observed that the thermal treatment applied to catalysts favored incorporation of Au into the crystal lattice of Pt,that is, increased the formation of PtAu alloy. Micrographs indicated particle size about 3 nm to materials not heat treated and 9 nm to materials subjected to thermal treatment (heating at 150 ° C for 1h and 30 min in argon atmosphere). Current density oxidation of methanol on PtAu / C were superior to pure platinum. Spectroscopic results indicated the presence of formate in solution in 50:50 and the composition showed bands for CO2, indicating complete oxidation, in lower potential. During ethanol oxidation on the catalyst PtAu, the main product formed was acetate, product of incomplete oxidation. The good performance for methanol oxidation can be attributed to large amounts of oxygen species adsorbed on the catalyst surface, or an electronic effect.

O desenvolvimento de eletrocatalisadores para as reações de oxidação de metanol e etanol é de extrema importância, pois estes alcoóis podem ser utilizados no anodo de células a combustível que convertem diretamente energia química em energia elétrica com alta eficiência, de maneira limpa e com baixo nível de ruído. Neste sentido, este trabalho relata a síntese de nanocatalisadores de PtAu suportados em carbono pelo método de microemulsão, a caracterização física destes catalisadores realizada através das técnicas de Difratometria de raios-x e microscopia de transmissão eletrônica. A atividade catalítica dos materiais preparados foi estudada através de técnicas eletroquímicas convencionais e também da técnica espectro-eletroquímica de FTIR in situ, a qual permite a identificação de produtos e intermediários das reações. Com os difratogramas de raios-x foi possível observar que o tratamento térmico aplicado aos catalisadores favoreceu a incorporação de Au na rede cristalina da Pt, ou seja, aumentou a formação de liga de PtAu. Micrografias indicaram tamanho de partículas em torno de 3 nm para materiais não tratados termicamente e 9 nm para materiais submetidos a tratamento térmico (aquecimento a 150 ºC durante 1h e 30 min sob atmosfera de argônio).As densidades de correntes de oxidação de metanol sobre PtAu/C foram superiores a de platina pura, os resultados espectroscópicos indicaram a presença de formiato em solução e a composição na proporção 50:50 apresentou bandas de CO2, que indicam oxidação completa, em menores sobrepotenciais.Durante a oxidação de etanol sobre os catalisadores de PtAu, o principal produto formado foi acetato, produto de oxidação incompleta.O bom desempenho para a oxidação de metanol pode ser atribuído à quantidade abundante de espécies oxigenadas adsorvidas na superfície do catalisador, ou a um efeito eletrônico.