Preparation, characterization and catalytic properties of polythiophene films containing dispersed electrocatalysts.

Filmes de politiofeno foram eletroquimicamente depositados em diversos substratos eletródicos em meio aquoso fortemente ácido e as características dos materiais formados foram estudadas através de técnicas voltamétricas, espectroscópicas (FTIR e UV-Vis. e raios X) e por microscopia eletrônica de varredura. As propriedades foram comparadas com as de filmes sintetizados em meio não-aquoso concluindo-se que o material produzido em meio aquoso mostra-se mais adequado para a aplicação como suporte de partículas eletrocatalisadoras, por sua maior atividade eletroquímica, homogeneidade e estabilidade. Foram então incorporadas partículas de Pd e Pt que foram investigadas quanto a ação catalítica frente as reações de oxidação de hidrogênio (ROH) e redução de oxigênio (RRO) em ácido sulfúrico 2,0 M. Os materiais produzidos foram primeiramente caracterizados através de técnica de absorção de raios X, tendo sido observada a formação de aglomerados de partículas bastante pequenas que não alteram seu estado de oxidação com a mudança do potencial eletródico. Verificou-se que ambos os catalisadores apresentam uma certa atividade inicial frente a ROH, mas o desempenho não é estável devido à ocorrência de processos degradativos da cadeia polimérica. Por outro lado, observou-se que os filmes contendo Pt apresentam elevada atividade catalítica frente a RRO, substancialmente maior que a de filmes contendo Pd. O mecanismo da reação mostrou-se dependente da natureza do catalisador, sendo também influenciado pelo contato com o filme polimérico. Para a Pt em contato direto com o eletrólito, a reação ocorre com envolvimento de 4 elétrons e com formação de água como produto final. Para o caso em que as partículas de Pt são recobertas por politiofeno, verifica-se a participação do peróxido de hidrogênio como intermediário, sendo que somente uma certa fração do mesmo reduz-se para formar água. No caso do Pd, o processo leva à formação de peróxido de hidrogênio em baixos sobrepotenciais, que depois é reduzido, com formação de água, em sobrepotenciais mais elevados.Polythiophene films were electrochemically grown on several electrode substrates from strong acid aqueous solutions, and the characteristics of the materials investigated using cyclic voltammetry, FTIR and UV-Vis spectroscopies, and scanning electron microscopy. Compared to the materials prepared in non-aqueous media, the polymer synthesized in aqueous media shows more adequate characteristics for using as support for electrocatalytic particles, because of its higher electrochemical activity and stability, and bulk homogeneity. Particles of Pd and Pt were electrochemically incorporated on these polymer films, and the electrocatalytic properties of such composites investigated with respect to the hydrogen oxidation (HOR) and oxygen reduction (ORR) reactions in 2.0 M sulfuric acid solutions. Previously to these kinetic studies, the composites were characterized using X-ray absorption spectroscopy from which it is seen that the catalysts are deposited as agglomerates composed of very small particles whose oxidation states are not changed by changing the electrode potential. Both catalysts present some initial activity for the HOR, but the performance is not stable due to the occurrence of a degradation process involving the polymer chain. On the other hand, it is observed that the films containing Pt show an enhanced catalytic activity for the ORR which is considerably higher than of that containing Pd. The reaction mechanism is dependent on the catalyst nature and also influenced by the contact with a polymer film coating. For Pt in direct contact with the supporting electrolyte, the reaction occurs involving 4 electrons leading to water as final product. For Pt particles covered with a polymer layer, participation of hydrogen peroxide seems to be important with only a fraction of this specie being reduced to water. In the case of Pd, the process involves formation of hydrogen peroxide at low overpotentials, which is then reduced to water at higher overpotentials