Desenvolvimento de catalisadores multifuncionais para substituir a Pt para reações de oxidação de combustíveis em células a combustível de baixa temperatura visando produção de energia ambientalmente adequada

Resumo

A geração de energia ambientalmente adequada traz novos desafios científicos e tecnológicos. Dentre os vários sistemas alternativos para produção de energia, as células a combustível são particularmente atrativas porque permitem a conversão de energia química em eletricidade de forma limpa e eficiente. Atualmente, os catalisadores mais ativos para a oxidação de combustíveis como hidrogênio, metanol e etanol são a Pt e materiais a base de Pt, que são muito caros para a produção de energia com preços acessíveis. O desenvolvimento de catalisadores para as reações de oxidação das células a combustível a base de materiais mais baratos é necessário. A proposta objetiva desenvolver novos catalisadores multifuncionais para substituir a Pt para oxidar os combustíveis nas células por meio de esforços colaborativos de eletroquímicos de Brasil, Estados Unidos e China. Especificamente, combinando medições eletroquímicas com caracterizações espectroscópicas in situ, simulações (Teoria de densidade funcional - DFT) e testes em células a combustível, a equipe internacional se focará no estudo dos mecanismos das reações de oxidação de hidrogênio, metanol e etanol (HORs, MORs e EORs) em vários catalisadores, tanto em meio ácido quanto em meio alcalino. Através da compreensão de como as estruturas superficial e eletrônica afetam a cinética de reação de HORs, MORs e EORs em meio ácido versus meio alcalino, novos catalisadores multifuncionais a base de materiais de baixo custo (como Pd, Ni e outros elementos abundantes) com atividades para HORs, MORs e EORs comparáveis às de catalisadores a base de Pt serão desenhados e caracterizados. Por exemplo, a formação de ligas de Pd com metais de transição irá induzir mudanças estruturais que alterem as características eletrônicas dos sítios ativos de Pd na superfície e a disponibilidade de espécies oxigenadas na superfície do catalisador necessárias para oxidar álcoois e seus fragmentos. Os efeitos das propriedades eletrônicas na reatividade também será investigado variando-se as interações metal-suporte. A execução exitosa do projeto proposto proporcionará novos catalisadores a base de metais não-preciosos viáveis para oxidar combustíveis em células a combustível bem como uma maneira de produzir energia numa forma ambientalmente adequada. (AU)