Uso de ferramentas quimiométricas para obtenção de eletrodepósitos de Pt/Ti para eletro-oxidação de etanol

Abstract

Este trabalho descreve o uso de ferramentas quimiométricas aplicadas ao estudo da obtenção de eletrodepósitos de platina sobre substratos de titânio. Os eletrodos de Pt/Ti foram obtidos pela técnica de voltametria cíclica e utilizados para a eletro-oxidação de etanol em meio ácido utilizando voltametria cíclica e cronoamperometria. Os eletrodepósitos de Pt foram caracterizados com o auxílio das técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectrometria de energia dispersiva de raios X (EDS) e difração de raios-X com incidência rasante (DRXIR). O processo de eletrodeposição foi incialmente investigado em função do número de ciclos de deposição (NCD), e foi identificado que eletrodepósitos com menores números de ciclos de deposição apresentaram maiores valores de densidade de corrente de pico máxima (jmax) para o processo de eletro-oxidação de etanol. As ferramentas quimiométricas (Planejamento Fatorial do tipo 22 e Metodologia de Superfície de Resposta (MSR)) foram utilizadas para investigar a influência do número de ciclos de deposição e da velocidade de varredura de deposição (VD) na obtenção dos eletrodepósitos. O planejamento fatorial indicou que, os maiores jmax são alcançados com NCD = 20 ciclos e VD = 200 mV s-1. Esse efeito é devido à irregularidade da superfície do substrato que causa o crescimento desigual dos planos cristalográficos (200) e (220), os mais eletrocataliticamente ativos, em relação ao de maior intensidade, no caso o (111) e menos ativo. Os resultados da MSR indicaram que eletrodepósitos obtidos com números de ciclos menores que 15 são aqueles em que são alcançados os maiores valores de jmax, entretanto, são pouco reprodutíveis. Sendo assim, a melhor condição experimental pode ser obtida com NCD = 20 ciclos e VD de 200 mV s-1. Os eletrodos de Pt/Ti obtidos na melhor condição apresentam boa reprodutibilidade e boa atividade catalítica para o processo de eletro-oxidação de EtOH.

This work describes the use of chemometric tools applied to the study of platinum electrodeposites on titanium substrates. Pt/Ti electrodes were obtained by cyclic voltammetry and used for the electro-oxidation of ethanol in acid medium using cyclic voltammetry and chronoamperometry. Pt electrodeposites were characterized by the use of scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and grazing-incidence X-ray diffraction (GIXRD). The electrodeposition process was initially investigated as a function of the number of deposition cycles (NDC), and it was identified that electrodeposites with lower numbers of deposition cycles presented higher values of maximum peak current density (jmax) for the ethanol electro-oxidation. The chemometric tools (Factorial Design Type 22and Response Surface Methodology) were used to investigate the influence of number of deposition cycles and deposition rate (DR) on electrodeposition. The factorial design indicated that the largest jmaxwere reached with NDC = 20 cycles and DR = 200 mV s-1. This effect is due to the surface irregularity of the substrate, which causes uneven growth of the crystallographic planes (200) and (220), the most electrocatalytically active, in relation to the higher intensity plane (111), however less active. The results of the RSM indicated that electrodeposits obtained with numbers of cycles lower than 15 are those in which the highest values of jmaxwere reached but are not very reproducible. Thus, the best experimental condition can be obtained with NDC = 20 cycles and DR = 200 mV s-1. The Pt/Ti electrodes thus obtained have shown good reproducibility and the best catalytic activity for the ethanol electro-oxidation process.