Integração de abordagens numéricas e experimentais na compreensão da dinâmica de reações eletroquímicas (2024)
- Authors:
- Autor USP: SALAZAR, ENRIQUE ADALBERTO PAREDES - IQSC
- Unidade: IQSC
- DOI: 10.11606/T.75.2024.tde-11062024-083410
- Subjects: ELETROCATÁLISE; METANOL
- Keywords: electrocatalysis; eletrocatálise; eletrodos monocristalinos; mecanismo de reação; metanol; methanol; microkinetic modeling; modelagem microcinética; numerical simulations; oscilações; platina; platinum; reaction mechanism, oscillations; simulações numéricas; single crystal electrodes; temperatura; temperature
- Agências de fomento:
- Language: Português
- Abstract: A reação de eletro-oxidação de metanol (MEOR) desempenha um papel crucial na transição para um cenário energético sustentável, sendo aplicável em dispositivos como células a combustível de metanol direto e em processos de eletro-reforma para produção de hidrogênio limpo. Isso permitiria estabelecer um ciclo de energia sustentável, reduzindo a dependência de fontes de energia únicas. No entanto, a implementação em larga escala desses dispositivos enfrenta desafios, sendo essencial compreender o mecanismo da MEOR, identificar sítios ativos e compreender o impacto das condições experimentais na busca por catalisadores eficientes e seletivos. Apesar dos esforços dedicados ao estudo da MEOR, sua complexidade dificulta a correlação entre a resposta cinética eletroquímica e os processos na superfície do eletrodo. Nesse contexto, utilizando abordagens numéricas baseadas em modelagem microcinética e experimentos com eletrodos de platina policristalina e monocristalinos, o estudo foca em compreender o mecanismo de reação, determinar as vias predominantes e avaliar como estas são afetadas pela temperatura, um parâmetro crítico em todas as aplicações. O modelo microcinético proposto foi construído considerando aspectos mecanicistas relevantes e validado por comparação com dados experimentais. O modelo conseguiu simular a dinâmica não linear, incluindo o comportamento caótico, observado experimentalmente, juntamente com um perfil voltamétrico razoável. A análise de sensibilidade destacoua importância das espécies OHad e COad na origem das oscilações. Os experimentos com eletrodos monocristalinosrevelaram que a taxa de fluxo de gás pode afetar significativamente a resposta em regime oscilatório, destacando a importância do controle desse parâmetro experimental. Além disso, insights valiosos foram obtidos em relação às oscilações de modo misto, anteriormente pouco compreendidas, que foram associadas ao restabelecimento periódico da concentração de metanol na dupla camada. A influência da temperatura na cinética da MEOR e nas vias de reação paralelas foi investigada usando um eletrodo de Pt(100). Os resultados indicam que medidas cronoamperométricas em estado estacionário fornecem valores mais confiáveis para as energias de ativação aparentes. Observou-se uma mudança dependente da temperatura na predominância de vias de oxidação, sugerindo um mecanismo de controle cinético e termodinâmico para evitar o envenenamento completo da superfície do eletrodo. Em conjunto, as descobertas oferecem informações cruciais sobre o mecanismo de reação, vias predominantes e sua sensibilidade à temperatura. Esses insights são fundamentais para orientar o desenvolvimento de materiais visando aumentar a eficiência da conversão e otimizar a temperatura operacional em dispositivos de conversão de energia, contribuindo assim à transição para um panorama energético mais sustentável
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- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2024
- Data da defesa: 27.02.2024
- Este periódico é de acesso aberto
- Este artigo é de acesso aberto
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- Cor do Acesso Aberto: gold
- Licença: cc-by-nc-sa
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ABNT
SALAZAR, Enrique Adalberto Paredes. Integração de abordagens numéricas e experimentais na compreensão da dinâmica de reações eletroquímicas. 2024. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2024. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-11062024-083410/. Acesso em: 27 dez. 2025. -
APA
Salazar, E. A. P. (2024). Integração de abordagens numéricas e experimentais na compreensão da dinâmica de reações eletroquímicas (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-11062024-083410/ -
NLM
Salazar EAP. Integração de abordagens numéricas e experimentais na compreensão da dinâmica de reações eletroquímicas [Internet]. 2024 ;[citado 2025 dez. 27 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-11062024-083410/ -
Vancouver
Salazar EAP. Integração de abordagens numéricas e experimentais na compreensão da dinâmica de reações eletroquímicas [Internet]. 2024 ;[citado 2025 dez. 27 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-11062024-083410/ - Understanding Electrocatalytic Reactions trough Microkinetic Modelling Approaches
- Eletrorredução de dióxido de carbono em eletrocatalisadores do tipo Fe-N-C
- Understanding the methanol electro-oxidation reaction through combined experimental and numerical approaches
- Redução Eletroquímica de Dióxido de Carbono em Eetrocatalisadores do Tipo M-N-C
- Unraveling the impact of temperature on the reaction kinetics of the electro-oxidation of methanol on Pt (100)
- Mass transfer phenomena induced by surface gas flow rate in the hanging meniscus configuration: A case study of the methanol electro-oxidation reaction on Pt(100)
- Microkinetic Modeling of the Methanol Electro-oxidation Reaction on Platinum
- Microkinetic modeling of the methanol electro-oxidation reaction on platinum
- Sensitivity Analysis in the Microkinetic Description of Electrocatalytic Reactions
- Método permite esmiuçar reações eletroquímicas complexas
Informações sobre o DOI: 10.11606/T.75.2024.tde-11062024-083410 (Fonte: oaDOI API)
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