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https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/11851
Tipo: | Tese |
Título: | Análise do envenenamento de superfícies de Pt e SnO2/Pt por monóxido de carbono na presença de combustível: uma abordagem teórica |
Autor(es): | Sarah Fonseca da Silva |
Primeiro orientador: | Leandro Moreira de Campos Pinto |
Resumo: | A crescente demanda por energia renovável tem impulsionado o desenvolvimento de diversas alternativas para a produção de energia limpa, como os eletrolisadores e as células a combustível. Esses dispositivos utilizam catalisadores metálicos para promover reações de oxidação no ânodo e redução no cátodo, permitindo a produção direta de energia (nas células a combustível) ou de hidrogênio (nos eletrolisadores), que pode ser usado como combustível em outros dispositivos. Entretanto, a perda de atividade e estabilidade dos catalisadores, causada principalmente pelo envenenamento das superfícies devido ao acúmulo de monóxido de carbono (CO), compromete a eficiência desses dispositivos. O CO adsorvido dificulta a interação das espécies de interesse com a superfície do catalisador, reduzindo seu desempenho. Neste trabalho, empregou-se a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) para investigar a adsorção de CO nas superfícies de platina com diferentes orientações cristalográficas – Pt(111), Pt(100) e Pt(110) –, buscando identificar qual estrutura apresenta maior suscetibilidade ao envenenamento. Também foi analisado o efeito do recobrimento dessas superfícies com SnO2, visando avaliar a capacidade do óxido em reduzir a adsorção de CO e, consequentemente, o envenenamento. Para avaliar o impacto do envenenamento, moléculas como glicerol e etanol, combustíveis anódicos, foram adsorvidas nas superfícies com diferentes graus de recobrimento por CO. Os resultados demonstram que a adsorção do CO é energeticamente favorável em todas as superfícies de Pt, com maior afinidade pela estrutura menos empacotada, Pt(110). A presença de CO reduz significativamente a adsorção das espécies combustíveis. Por outro lado, nas superfícies recobertas com SnO2, a adsorção de CO é diminuída, enquanto a adsorção das demais espécies é favorecida pelo efeito de terceiro corpo. Assim, conclui-se que tanto a orientação cristalográfica quanto o recobrimento com óxido de estanho influenciam diretamente a atividade catalítica e a resistência ao envenenamento por CO. |
Abstract: | The growing demand for renewable energy has driven the development of various alternatives for clean energy production, such as electrolyzers and fuel cells. These devices employ metallic catalysts to promote oxidation reactions at the anode and reduction at the cathode, enabling the direct production of energy (in fuel cells) or hydrogen (in electrolyzers), which can be used as fuel in other applications. However, the loss of catalytic activity and stability, mainly caused by surface poisoning due to the accumulation of carbon monoxide (CO), compromises the efficiency of these devices. Adsorbed CO hinders the interaction of reactant species with the catalyst surface, reducing its performance. In this work, density functional theory (DFT) was employed to investigate the adsorption of CO on platinum surfaces with different crystallographic orientations – Pt(111), Pt(100), and Pt(110) – aiming to identify which structure is more susceptible to poisoning. The effect of coating these surfaces with SnO2 was also analyzed to evaluate the oxide’s ability to reduce CO adsorption and, consequently, mitigate poisoning. To assess the impact of poisoning, molecules such as glycerol and ethanol, commonly used as anodic fuels, were adsorbed on the surfaces at different levels of CO coverage. The results show that CO adsorption is energetically favorable on all Pt surfaces, with greater affinity for the less packed structure, Pt(110). The presence of CO significantly reduces the adsorption of fuel species. On the other hand, on surfaces coated with SnO2, CO adsorption is reduced, while the adsorption of other species is enhanced due to the third-body effect. Thus, both the crystallographic orientation and the tin oxide coating directly influence the catalytic activity and resistance to CO poisoning. |
Palavras-chave: | DFT adsorção célula a combustível catalisador envenenamento por CO |
País: | Brasil |
Editor: | Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul |
Sigla da Instituição: | UFMS |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/11851 |
Data do documento: | 2025 |
Aparece nas coleções: | Programa de Pós-graduação em Química |
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