Copper oxide nanocubes: influence of size on electrocatalytic activity for methanol oxidation

Autor: COSTA, Isael Pereira
Přispěvatelé: TANAKA, Auro Atsushi, SILVA, Anderson Gabriel Marques da, LIMA, Roberto Batista de
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMA
Universidade Federal do Maranhão (UFMA)
instacron:UFMA
Popis: Submitted by Jonathan Sousa de Almeida (jonathan.sousa@ufma.br) on 2022-10-13T17:46:41Z No. of bitstreams: 1 ISAELPEREIRACOSTA.pdf: 1868925 bytes, checksum: 4037b50d6292cd06b84ca50483b6b6e8 (MD5) Made available in DSpace on 2022-10-13T17:46:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ISAELPEREIRACOSTA.pdf: 1868925 bytes, checksum: 4037b50d6292cd06b84ca50483b6b6e8 (MD5) Previous issue date: 2022-09-30 FAPEMA CAPES The surface area and shape of nanocrystals significantly impact fuel cell performance. However, other parameters can affect their activities and must be considered. Thus, it was demonstrated that the presence of crystalline defects (such as oxygen vacancies) and the relative concentration of Cu(I)/Cu(II) could also vary with decreasing size of CuxO nanocubes (NCs–CuxO). However, such differences did not follow the size as expected, showing that this parameter does not play a critical role in determining material properties. NCs–CuxO with controlled sizes (50, 65 and 85 nm) were synthesized by a simple and similar protocol, leading to nanocrystals with {100} surfaces to study such phenomena. When the catalytic activity of NCs–CuxO of different sizes was evaluated in the electrooxidation of methanol in an alkaline medium, there was a decrease in the performance observed for NCs–CuxO: 50 nm > 85 nm > 65 nm, in which NCs–CuxO of 50 nm led to the best electrocatalytic results. Interestingly, our results showed that the differences in the catalytic activities of NCs–CuxO with different sizes could not be attributed only to a gain in surface area with a decrease in particle size. More specifically, the XPS results indicated that particle size reduction led to an increase in surface oxygen/structural oxygen and Cu(I)/Cu(II) ratios, demonstrating the enrichment of oxygen vacancies on the surface of NCs– CuxO, which also contributed to the observed catalytic activities. The above findings provide a deeper understanding of particle size on the performance of nanomaterials and offer new ideas for designing efficient electrocatalysts for fuel cells. A área superficial e a forma de nanocristais impactam significativamente o desempenho de células a combustível. Entretanto, outros parâmetros podem afetar suas atividades e devem ser considerados. Assim, demonstrou-se que a presença de defeitos cristalinos (como vacâncias de oxigênio) e a concentração relativa de Cu(I)/Cu(II) também podem variar com a diminuição do tamanho dos nanocubos de CuxO (NCs– CuxO). Porém, tais diferenças não seguiram o tamanho como esperado, mostrando que este parâmetro não desempenha um papel crítico na determinação das propriedades dos materiais. Para estudar tais fenômenos, NCs–CuxO com tamanhos controlados (50, 65 e 85 nm) foram sintetizados por um protocolo simples e similar, levando a nanocristais com superfícies do tipo {100}. Quando a atividade catalítica dos NCs–CuxO de diferentes tamanhos foi avaliada na eletro-oxidação do metanol em meio alcalino, houve uma diminuição do desempenho observado para os NCs–CuxO: 50 nm > 85 nm > 65 nm, nos quais os NCs–CuxO de 50 nm levaram aos melhores resultados eletrocatalíticos. É interessante notar que nossos resultados mostraram que as diferenças nas atividades catalíticas de NCs–CuxO com tamanhos diferentes não puderam ser atribuídos apenas a um ganho de área de superfície com uma diminuição no tamanho das partículas. Mais especificamente, os resultados do XPS indicaram que a redução do tamanho das partículas levou a um aumento nas proporções de oxigênio superfícial/oxigênio estrutural e Cu(I)/Cu(II), demonstrando o enriquecimento de vacâncias de oxigênio na superfície dos NCs–CuxO, o que também contribuiu para as atividades catalíticas observadas. As constatações acima fornecem uma compreensão mais profunda do tamanho das partículas sobre o desempenho dos nanomateriais e oferecem novas ideias para projetar eletrocatalisadores eficientes para células a combustível.
Databáze: OpenAIRE
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