Revisiting glycerol electrooxidation by applying derivative voltammetry: From well-ordered bulk Pt to bimetallic nanoparticles

Caneppele, Gabriella L.; Martins, Cauê A.

doi:10.1016/j.jelechem.2020.114139

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“…The main difference is the cathodic peak, which is not well-defined for CP, whereas it is centered at ∼0.0 V on GO/CP. We also investigated the E onset by derivative voltammetry (d 2 E/dt 2 ), 39,40 which is precisely 0.83 V vs Ag/AgCl for both catalysts (Figure 9C), suggesting no detectable displacement of the onset potential. Moreover, since E onset for glycerol electrooxidation in KOH is −0.605 V vs Ag/AgCl (−0.65 V vs SCE 7 ), the theoretical OCV would be 1.435 V, which is close to the experimental values at fuel cell conditions.…”

Section: 2mentioning

confidence: 99%

Graphene-Oxide-Modified Metal-Free Cathodes for Glycerol/Bleach Microfluidic Fuel Cells

Martins

Pei

Tellis

et al. 2020

ACS Appl. Nano Mater.

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Glycerol is an abundant, inexpensive fuel for miniaturized fuel cells with practical power output. Glycerol electrooxidation is coupled to a cathodic reaction, usually oxygen reduction on noble-metal-based catalysts. However, the slow kinetics of oxygen reduction on nonprecious metal catalysts has limited its applications. Here, we propose the use of hypochlorous acid (HClO from bleach) as a potential liquid oxidant and graphene oxide (GO)-modified carbon paper as a metal-free cathode. GO with high oxidation levels is synthesized and used for in situ flowing deposition on a carbon paper cathode. This unique GO deposition method leads to a homogeneous "blanket" coverage of the wetted fibers exposed to the flow, increasing the active surface area by 3.8 times. The prototype mixed-media microfluidic fuel cell with electrodes in a flowthrough configuration featuring glycerol electrooxidation coupled to HClO reduction on GO-modified carbon paper shows 1.72 V open-circuit voltage, 354 mA cm −2 maximum current density, and 110 mW cm −2 peak power density. This unprecedented performance proves that a well-designed in situ electrode modification can be applied to reach high power density without the use of noble metals.

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Section: 2mentioning

confidence: 99%

Graphene-Oxide-Modified Metal-Free Cathodes for Glycerol/Bleach Microfluidic Fuel Cells

Martins

Pei

Tellis

et al. 2020

ACS Appl. Nano Mater.

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“…One of the main electrocatalytic parameters is the onset potential ( E onset ), which is related to the energy required to start the surface reaction. E onset can be precisely obtained by the derivative voltammogram by simply applying d 2 E /d t 2 to the existing voltammogram .…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

“…E onset can be precisely obtained by the derivative voltammogram 46 by simply applying d 2 E/dt 2 to the existing voltammogram. 47 E onset is determined at the intercept of f(x) = 0 with the derivative voltammogram. 47 Moreover, d 2 E/dt 2 highlights the features of the electrochemical behavior.…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

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Harvesting Energy from an Organic Pollutant Model Using a New 3D-Printed Microfluidic Photo Fuel Cell

Guima

Gomes

Fernandes

et al. 2020

ACS Appl. Mater. Interfaces

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The combination of a fuel cell and photocatalysis in the same device, called a photo fuel cell, is the next generation of energy converters. These systems aim to convert organic pollutants and oxidants into energy using solar energy as the driving force. However, they are mostly designed in conventional stationary batch systems, generating low power besides being barely applicable. In this context, membraneless microfluidics allows the use of flow, porous electrodes, and mixed media, improving reactant utilization and output power accordingly. Here, we report an unprecedented reusable three-dimensional (3D) printed microfluidic photo fuel cell (μpFC) assembled with low-content PtO x /Pt dispersed on a BiVO4 photoanode and a Pt/C dark cathode, both immobilized on carbon paper. We use fused deposition modeling for additive manufacturing a US$ 2.5 μpFC with a polylactic acid filament. The system shows stable colaminar flow and a short time light distance. As a proof-of-concept, we used the pollutant-model rhodamine B as fuel, and O2 in an acidic medium at the cathode side. The mixed-media 3D printed μpFC with porous electrodes produces remarkable 0.48 mW cm–2 and 4.09 mA cm–2 as maximum power and current densities, respectively. The system operates continuously for more than 5 h and converts 73.6% rhodamine by photoelectrochemical processes. The 3D printed μpFC developed here shows promising potential for pollutant mitigation concomitantly to power generation, besides being a potential platform of tests for new (photo)electrocatalysts.

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“…Nas células a combustível a álcool direto (DAFCs) as reações de oxidação e redução são catalisadas por nanopartículas metálicas, suportadas em carbono denominados eletrocatalisadores, fundamentais para que as reações ocorram com velocidades adequadas. As nanopartículas mais utilizadas neste processo são os metais nobres de Pt e Pd, eficientes na reação de oxidação de CO e hidrocarbonetos [24,25].…”

Section: Introductionunclassified

Oxidação eletroquímica do etanol e glicerol em eletrólito alcalino utilizando eletrocatalisadores PdTiO>sub<2>/sub</C preparados via redução por borohidreto de sódio

Pereira¹

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pelos conselhos, paciência, conhecimento transmitido na orientação. Ao IPEN pela infraestrutura e auxílio financeiro e aos funcionários do Centro de Células a Combustível, Joana, Neymar e Francisco pela paciência e compromisso para com todos. Aos amigos: Júlio, Andrea, Carlos, Eric, Agatha, Fabiana e Andrezza, por todo o apoio. Ao CNPQ pela bolsa concedida. Aos meus pais Vandalúcia e Petronio, pelo apoio pessoal e profissional. Ao Bruno Torres, pelo incentivo, apoio moral e paciência. Aos meus familiares, todos aqueles que me apoiaram e foram solícitos em muitos momentos desta jornada. In memoriam de Isabel Maria (avó), Lucilene Calixto (prima), Geralda Barbosa (avó) e Leôncio Barbosa (avô) pelo apoio e carinho que quando em vida depositaram a mim. Você nasceu para vencer, mas para ser um vencedor, você precisa planejar para vencer, se preparar para vencer,e esperar vencer." ZigZiglar RESUMO PEREIRA, VIVIANE S. Oxidação eletroquímica do etanol e glicerol em eletrólito alcalino utilizando eletrocatalisadores PdTiO2/C preparados via redução por borohidreto de sódio. 2021. p.120 (Tese Doutorado em Tecnologia Materiais) -Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares -IPEN -CNEN /SP. São Paulo. Os eletrocatalisadores Pd/C, TiO2/C e os binários PdTiO2/C (50:50), (70:30), (90:10), (30:70) e (10:90) foram preparados pelo método de redução via borohidreto de sódio. Estes eletrocatalisadores foram sintetizados via borohidreto de sódio e caracterizados por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão MET e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (ATR-FTIR). Já a atvidade eletrocatalítica foi analisada por voltametria cíclica e cronoamperometria em meio alcalino. As análises de DRX apresentaram planos cristalinos de Pd bem definidos, associados a estrutura cúbica de face centrada (cfc), assim como planos agregados as estruturas de TiO2 e carbono. As micrografias, obtidas por MET, demonstraram um tamanho médio de nanopartículas, entre 7 nm a 10 nm, afiliadas a uma distribuição satisfatória no suporte de carbono. Os ensaios eletroquímicos, via voltametria cíclica e cronoamperometria, com os eletrocatalisadores binários mostraram um aumento de densidade de corrente no processo da oxidação tanto para etanol como para glicerol, em comparação aos eletrocatalisadores padrões Pd/C e TiO2/C. Os ensaios com glicerol em uma célula unitária a 60 °C atingiram densidade de potência máxima em 12,5 W cm -2 para PdTiO2/C (70:30), quando comparados ao eletrocatalisador comercial Pd/C com 3,70 W cm -2 . Nos testes com etanol, em uma célula a 80 °C, o eletrocatalisador PdTiO2/C (50:50) indicou valores de densidade de potência máxima em 33,5 W cm -2 , e o eletrocatalisador padrão Pd/C atingiu 4,2 W cm -2 indicando que a utilização do co-catalisador TiO2 com as nanopartículas de Pd resultaram em um efeito benéfico (que pode ser atribuído ao mecanismo bifuncional), devido à formação de espécies oxigenadas capazes de liberar os sítios catalíticos do Pd para novas adsorções.

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Revisiting glycerol electrooxidation by applying derivative voltammetry: From well-ordered bulk Pt to bimetallic nanoparticles

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Graphene-Oxide-Modified Metal-Free Cathodes for Glycerol/Bleach Microfluidic Fuel Cells

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Oxidação eletroquímica do etanol e glicerol em eletrólito alcalino utilizando eletrocatalisadores PdTiO>sub<2>/sub</C preparados via redução por borohidreto de sódio

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