CARACTERIZAÇÃO
DE ELETROCATALISADORES DISPERSOS DE Pt POR ESPECTROSCOPIA DE ABSORÇÃO
DE RAIOS-X
Giuseppe
A. Camara (PG), Valdecir A. Paganin (PQ), M. Janete Giz (PQ) e
Edson
A. Ticianelli (PQ)
Instituto
de Química de São Carlos - USP, Cx. P. 780, CEP: 13560
- 970,
São
Carlos (SP), Brasil. E-mail: camara@iqsc.sc.usp.br
Palavras-chave:
célula a combustível, catalisador disperso,
absorção de raios X
INTRODUÇÃO
As
células a combustível são formadas por eletrodos
de difusão de gás de alta área ativa, em que a
oxidação do combustível se dá na
superfície de um catalisador, normalmente Pt finamente
dispersa sobre carbono (Pt/C) de alta área superficial. O
envenenamento da superfície do catalisador, através da
adsorção do CO (um contaminante do hidrogênio
reformado) nos sítios de Pt diminui o rendimento da célula
a níveis intoleráveis. Assim, a busca por materiais que
sejam tolerantes à presença de CO é uma das
áreas de pesquisa mais ativas da eletrocatálise neste
sistema [1], sendo um dos procedimentos mais amplamente adotados a
inclusão de um outro metal associado à platina na forma
de liga ou co-depósito.
Neste
trabalho, foi efetuado um estudo de caracterização
física e morfológica, por técnica de
espectroscopia de absorção de raios-X utilizando
radiação Síncrotron, de eletrocatalisadores de
Pt/C e de PtRu/C. Os materiais foram preparados através de
diversos métodos, tendo em vista o uso como catalisadores
anódicos em células a combustível.
EXPERIMENTAL
Os
catalisadores de Pt/ C e de PtRu/C foram preparados através de
métodos amplamente discutidos na literatura [2]. As amostras
foram analisadas “ex-situ”, a partir de pastilhas contendo
cerca de 10 mg/cm2 de metal. As análises por
espectroscopia de absorção de raios-X foram efetuadas
na linha de luz XRF do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron
(LNLS). Os dados foram coletados no modo de transmissão na
borda LIII da platina, explorando tanto a região XANES (x-ray
absorption near edge structure) como a região EXAFS (extended
x-ray absorption fine structure) do espectro do metal. Os espectros
EXAFS foram extraídos e analisados utilizando o programa
WinXAS [3].
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Trabalhos
prévios conduzidos neste laboratório [2] mostraram que
a maioria dos eletrocatalisadores de PtRu/C apresentaram bons
desempenhos para a oxidação de hidrogênio na
presença de CO, especialmente após serem submetidos a
um tratamento térmico a 300 0C sob fluxo de
hidrogênio. A Figura 1 mostra um conjunto de espectros XANES
obtido na borda da platina para eletrocatalisadores de PtRu/C
preparados através de diversos métodos. Resultados
semelhantes foram obtidos para os eletrocatalisadores de Pt/C.
Comparados com a platina metálica, todos os espectros XANES
dos materiais de Pt/C apresentaram uma acentuação da
linha branca, o que é um indicativo da presença de
óxidos superficiais. A magnitude do fenômeno mostrou-se
dependente do método usado na preparação do
material,
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Figura
1. Espectros XANES na borda LIII
da Pt
para os catalisadores de PtRu/C.
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sendo isto provavelmente decorrente da produção
de diferentes tamanhos de partículas de Pt. A magnitude do
degrau de absorção resultou semelhante para todos os
materiais, indicando que os rendimentos dos diferentes métodos
de preparação são semelhantes.
Situação semelhante no que se refere à
linha branca foi observada para os eletrocatalisadores de
PtRu/C, conforme ilustram os resultados da Figura 1. Entretanto,
neste caso, as magnitudes dos degraus de absorção
resultaram ligeiramente distintas, indicando que a eficiência
de deposição dos materiais é diferente
para os diversos métodos
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de
preparação. As transformadas de Fourier dos espectros
EXAFS para os catalisadores de Pt/C e PtRu/C mostraram claramente a
presença da coordenação Pt-O, com magnitudes
dependentes do método de preparação e, portanto,
consistentes com os espectros XANES. No caso dos compósitos
Pt-Ru os espectros EXAFS forneceram evidências da formação
de liga metálica em todos os casos, exceto em um deles, onde a
formação de uma mistura de partículas de Pt e Ru
ficou evidenciada.
REFERÊNCIAS
1
- S. J. Lee, S. Mukerjee, E. A. Ticianelli e J. McBreen, Electrochim.
Acta, 44(1999)3283.
2
- A. M. Castro Luna, G. A. Camara, V. A. Paganin, E. A. Ticianelli e
E. R. Gonzalez, Electrochem. Commun., no prelo.
3
- T. Ressler, J. Phys. IV, 7(1997)C2-269.
LNLS,
FAPESP, CNPq, CAPES e FINEP/PRONEX