Síntese e caracterização de nanopartículas a base de platina como eletrocatalisadores para oxidação de metanol em meio básico

Nanopartículas de platina com morfologia cúbica e orientação preferencial (100) suportadas em carbono, Pt/C (100), foram sintetizadas pelo método de redução de álcool, utilizando KBr como agente direcionador de forma. Adicionalmente, nanopartículas policristalinas suportadas em carbono, Pt/C, também foram sintetizadas. Os materiais foram aplicados como catalisadores frente a reação de eletro-oxidação de metanol em meio alcalino. Ademais, o efeito da adição de estanho à Pt (100) e Pt (produzindo PtSnO2/C (100) e PtSnO2/C, respectivamente) também foi estudado. A atividade catalítica dos materiais frente ao processo em questão foi investigada por meio de experimentos de voltametria cíclica e cronoamperometria. Análises realizadas por microscopia eletrônica de transmissão em modo varredura (STEM) possibilitaram obter imagens de campo escuro anular em alto ângulo (HAADF), as quais, mostraram nanopartículas cúbicas de platina, nos materiais sintetizados na presença de KBr, assim como o SnO2 dispersas sobre o material de carbono utilizado como suporte e em torno das nanopartículas de Pt. Nos padrões de difração de raios-x foram observados picos associados ao SnO2 cassiterita e picos atribuídos a platina referente a estrutura cúbica de face centrada. Os experimentos de voltametria cíclica mostraram que a densidade de corrente de pico frente ao processo de letro-oxidação do metanol obtido com o material Pt/C (100) foi cerca de 2,4, 2,1 e 1,1 vezes maior do que com Pt/C, PtSnO2/C e PtSnO2/C (100), respectivamente. A mesma tendência foi observada nos experimentos de cronoamperometria. A maior atividade catalítica da Pt(100) pode ser relacionada a cobertura das espécies hidroxil nesse domínio. O SnO2 aumenta a atividade catalítica da platina policristalina, provavelmente devido ao aumento de espécies hidroxil adsorvido providos pelo mesmo. Todavia, a presença de SnO2 junto a Pt (100) resultou em um decréscimo na atividade catalítica frente a eletro-oxidação do metanol. Esse fato pode estar relacionado ao excesso de hidroxil presente superfície do catalisador, o que poderia dificultar a adsorção de metanol na mesma, ou à cobertura da superfície de platina relacionada ao plano (100) pelo estanho.Platinum nanoparticles with cubic-like shape and (100) preferential orientation supported on carbon, Pt/C (100), were synthesized by the alcohol-reduction process using KBr as a shape directing agent. Polycrystalline platinum nanoparticles supported on carbon, Pt/C, were also synthesized. The materials were used as catalysts towards methanol electro-oxidation in alkaline media. Additionally, the effect of tin addition to Pt (100) and Pt (producing PtSnO2/C (100) and PtSnO2/C, respectively) was also studied. The catalytic activity of the materials to the related process was investigated by cyclic voltammetry and chronoamperometry. High-angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy analysis (HAADF-STEM) showed cubic platinum nanoparticles on the materials synthesized using KBr, as well SnO2 dispersed onto carbon support material and surrounding the Pt nanoparticles. In the X-ray diffraction pattern, it is possible to see peaks of SnO2 cassiterite and peaks attributed to the face-centered cubic structure of Pt. The cyclic voltammetry experiments show that the peak current density from methanol oxidation reaction on Pt/C (100) is about 2.4, 2.1 and 1.1 times higher than on Pt/C, PtSnO2/C and PtSnO2/C (100), respectively. The same trend was observed in chronoamperometry experiments. The higher catalytic activity of Pt (100) might be related to the hydroxyl species coverage on (100) plane. The SnO2 increases the catalytic activity on polycrystalline platinum, probably due to the adsorbed hydroxyl species provided by it. In odder hand, for Pt(100) the presence of SnO2 results in a decrease of the catalytic activity towards methanol electro-oxidation reaction. This fact might be related to an excess of adsorbed hydroxyl on the catalyst surface could difficult the methanol access to the active sites or tin coverage on (100) facets which could difficult the methanol adsorption