64ª Reunião Anual da SBPC

A. Ciências Exatas e da Terra - 4. Química - 1. Físico-Química

REAÇÃO DE REDUÇÃO DE OXIGÊNIO EM SOLUÇÕES AQUOSAS ÁCIDAS NA PRESENÇA DE METANOL SOBRE CATALISADORES À BASE DE PLATINA E NÍQUEL

Ubiranilson João de Castro 1 Valdecir Antonio Paganin 2 Auro Atsushi Tanaka 3

1. Graduando em Engenharia Química – Departamento de Tecnologia Química – UFMA 2. Dr. - Instituto de Química de São Carlos – USP 3. Prof. Dr. / Orientador – Departamento de Química – UFMA

INTRODUÇÃO:

Entre as possíveis tecnologias renováveis e sustentáveis com potencial aplicação em sistemas eletrônicos portáteis e veículos tracionários, destaca-se a de células a combustível de metanol direto, DMFC (do inglês, Direct Methanol Fuel Cell). Todavia, a produção comercial de DMFC ainda depende da solução de muitos problemas, como os associados com o efeito do cruzamento de metanol do compartimento anódico para o catódico, através da membrana trocadora de prótons (o eletrólito). Por consequência, as pesquisas têm sido direcionadas na concepção de membranas novas ou modificação das já existentes, para menor permeabilidade ao álcool, ou na busca catalisadores eficientes para promover reação de redução de oxigênio (RRO), mas, ao mesmo tempo, inativos para oxidação de metanol ou mais tolerantes à sua presença no ambiente reacional. Neste trabalho, catalisadores à base de platina (Pt) e níquel (Ni) dispersos sobre o carbono Vulcan XC-72 (PtNi) foram preparados em diferentes composições e suas propriedades eletrocatalíticas investigadas frente a RRO em soluções aquosas ácidas contendo metanol, e os resultados comparados com as do eletrocatalisador simples Pt.

METODOLOGIA:

A síntese dos catalisadores suportados com 20% em massa de metais sobre carbono foi realizada pelo método de redução via álcool. Nesta, uma solução contendo água e etileno glicol, em proporção 1:3, uma massa de carbono Vulcan XC-72, e alíquotas de soluções de ácido hexacloroplatinico e cloreto de níquel permaneceu sob aquecimento a 80ºC por 2 horas. Testes de ancoramento das ligas sobre o carbono foram realizados com uma solução KI 1,0 mol L-1. Em seguida, filtragens dos catalisadores e secagem em estufa a 60ºC foram realizados. Assim, foram sintetizados catalisadores Pt:Ni com as seguintes razão atômica: 1:1, 2:1, 3:1 4:1, 6:1, 9:1, 19:1, 39:1. As medidas de eletroquímicas foram realizadas em meia-célula para as ligas de PtNi e envolveram as técnicas de voltametrias cíclica e de varredura linear, cronoamperometria e eletrodo de disco rotatório em soluções aquosas H2SO4 0,5 mol L-1 na ausência ou concentração variada de metanol (0,01; 0,1 ou 0,5 mol L-1). Os resultados foram comparados com o catalisador Pt, preparado pelo mesmo método. Além disso, testes operacionais em célula unitária com cátodos PtNi ou Pt (ETEK) e ânodo PtRu (ETEK) também foram realizados.

RESULTADOS:

Curvas de polarização para a RRO registradas sobre Pt, em solução H2SO4 0,5 mol L-1 saturada com O2 e contendo uma concentração de CH3OH que foi gradualmente aumentada, mostraram uma competição entre a reação de redução de O2 (RRO) e a reação de oxidação de metanol (ROM), no mesmo intervalo de potenciais. Para uma concentração 0,5 mo L-1 de álcool no eletrólito, a ROM passou a ser predominante. Uma comparação de desempenho entre os catalisadores Pt e PtNi mostrou que para baixas concentrações de álcool no eletrólito, a RRO inicia-se em potencial menos negativos e o controle difusional é estável e antecipado sobre o catalisador contendo níquel, em comparação com Pt. Além disso, mostrou claramente a pronunciada interferência da presença do álcool na RRO sobre Pt, com expressivas correntes anódicas (positivas) durante a varredura do potencial para valores mais negativos (varredura catódica). O melhor desempenho foi registrado com o catalisador Pt4Ni1, o qual foi posteriormente utilizado na preparação de conjuntos membrana-eletrodos (MEA, do inglês membrane-electrodes assemby) para a realização de testes em células unitárias do tipo oxigênio/metanol. As curvas do comportamento do potencial da célula unitária em função da densidade de corrente, obtidas a 70ºC, mostraram que o desempenho do catalisador Pt4Ni1 para a RRO é comparável ao do catalisador comercial Pt (ETEK Inc., USA).

CONCLUSÃO:

Os resultados obtidos em meia-célula, por técnicas eletroquímicas elementares, demonstraram a boa atividade do catalisador PtNi para a RRO em soluções aquosas ácidas na presença de elevadas concentrações de metanol. Entre as 8 composições submetidas aos experimentos eletroquímicos, o melhor desempenho foi registrado com o eletrodo Pt4Ni1 , quando comparado com o do eletrodo Pt, para todas as concentrações de álcool presentes na solução ácida. Além disso, testes em células unitárias do tipo oxigênio-metanol mostraram um desempenho similar do catalisador Pt4Ni1 para a RRO com o do catalisador comercial Pt (ETEK Inc., USA).

Palavras-chave: Oxigênio, Metanol, Platina-níquel.