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Síntese de óxidos mistos SiO2 /Mn xOy para aplicação na reação de redução de O2

Synthesis of SiO2 /Mn xOy mixed oxides for application in the O2 reduction reaction

Resumos

Os óxidos mistos SiO2/MxOy obtidos pelo processo sol-gel, designados de compósitos, normalmente aliam as propriedades mecânicas e químicas da sílica gel com as propriedades químicas do óxido metálico (MxOy), apresentando propriedades tais como: elevado grau de dispersão e homogeneidade das partículas do óxido metálico na matriz de sílica, assim como elevada resistência mecânica e química. O objetivo deste trabalho foi o de preparar e caracterizar materiais do sistema SiO2/Mn xOy, obtidos pelo processo sol-gel, utilizando diferentes concentrações dos precursores de Mn (II), acetato ou nitrato. A técnica de fluorescência de raios X (FRX) mostrou que a concentração do óxido metálico nos materiais é dependente do precursor utilizado e da sua concentração no meio reacional, variando de 9,4% até 20,9% em massa. A maior concentração de óxido de manganês foi obtida quando se utilizou como precursor o (CH3CO2)2Mn.4H2O. Os espectros de infravermelho indicam que a rede de SiO2 é pouco perturbada pelo aumento da quantidade de óxido de manganês, sugerindo que o Mn xOy está disperso na superfície da matriz de sílica. Os difratogramas de raiosX (DRX) mostram que os materiais apresentam baixa cristalinidade. No entanto, observa-se uma mudança no DRX em 2θ = 35,7º quando o material é aquecido a 400 0C, provavelmente devido à formação de cristalitos de Mn3O4. O método de síntese proposto para os materiais SiO2/Mn xOy é reprodutível. A aplicação destes materiais como eletrodos para a redução de O2 foi avaliada e observou-se que a atividade eletrocatalítica desses materiais pode ser aumentada através do seu aquecimento a 400 0C.

Sol-Gel; óxidos mistos; sílica gel; óxido de manganês; compósito


The mixed oxides SiO2/MxOy obtained by the sol-gel process, designated as composites, usually combine both mechanical and chemical properties of silica gel with the chemical properties of metal oxide (MxOy), showing properties such as: high degree of dispersion and homogeneity of metal oxide particles in the silica matrix, as well as high mechanical and chemical resistance. The goal of this work was to prepare and characterize materials in the system SiO2/Mn xOy obtained by the sol-gel process, using different concentrations of Mn (II) precursors (acetate or nitrate). The technique of X-ray fluorescence showed that the concentration of metal oxide in the materials is dependent on the precursor used and its concentration, ranging from 9.4% up to 20.9% by mass. The highest concentration of manganese oxide was obtained when (CH3CO2)2Mn.4H2O was used as precursor. The infrared spectra indicate that the network of SiO2 is not disturbed by the increase in the quantity of manganese oxide, suggesting that the Mn xOy is dispersed on the surface of the silica matrix. The X-ray diffraction showed the low crystallinity of these materials. However, there is a change in the XRD on 2θ = 35.7(0) when the material is heated to 400 0C, probably due to the formation of Mn3O4 crystallites. The proposed synthesis method for materials SiO2/Mn xOy is reproducible. Application of these materials as electrodes for the reduction of O2 was evaluated and it was found that the electrocatalytic activity of these materials can be increased by heating them at 400 0C.

Sol-Gel; Mixed Oxide; Silica Gel; Manganese Oxide; Composite


Francisco M. S. Garrido; Rafael Franklin Medeiros; Nathalia O. Borges de Nogueira; Rosa C. Dias Peres; Emerson Schwingel Ribeiro; Marta Eloísa Medeiros

Universidade Federal do Rio de Janeiro, Instituto de Química, av. Athos da Silveira Ramos, 149, Bloco A, 7° andar, cep 21941-909, Cidade Universitária, Rio de Janeiro RJ e-mail: chico@iq.ufrj.br ; rafaelf.medeiros@hotmail.com ; natalia.borges@peq.coppe.ufrj.br rosacdp@iq.ufrj.br ; emersonsr@iq.ufrj.br ; martam@iq.ufrj.br

RESUMO

Os óxidos mistos SiO2/MxOy obtidos pelo processo sol-gel, designados de compósitos, normalmente aliam as propriedades mecânicas e químicas da sílica gel com as propriedades químicas do óxido metálico (MxOy), apresentando propriedades tais como: elevado grau de dispersão e homogeneidade das partículas do óxido metálico na matriz de sílica, assim como elevada resistência mecânica e química. O objetivo deste trabalho foi o de preparar e caracterizar materiais do sistema SiO2/MnxOy, obtidos pelo processo sol-gel, utilizando diferentes concentrações dos precursores de Mn (II), acetato ou nitrato. A técnica de fluorescência de raios X (FRX) mostrou que a concentração do óxido metálico nos materiais é dependente do precursor utilizado e da sua concentração no meio reacional, variando de 9,4% até 20,9% em massa. A maior concentração de óxido de manganês foi obtida quando se utilizou como precursor o (CH3CO2)2Mn.4H2O. Os espectros de infravermelho indicam que a rede de SiO2 é pouco perturbada pelo aumento da quantidade de óxido de manganês, sugerindo que o MnxOy está disperso na superfície da matriz de sílica. Os difratogramas de raiosX (DRX) mostram que os materiais apresentam baixa cristalinidade. No entanto, observa-se uma mudança no DRX em 2θ = 35,7o quando o material é aquecido a 400 0C, provavelmente devido à formação de cristalitos de Mn3O4. O método de síntese proposto para os materiais SiO2/MnxOy é reprodutível. A aplicação destes materiais como eletrodos para a redução de O2 foi avaliada e observou-se que a atividade eletrocatalítica desses materiais pode ser aumentada através do seu aquecimento a 400 0C.

Palavras-chave: Sol-Gel, óxidos mistos, sílica gel, óxido de manganês, compósito.

ABSTRACT

The mixed oxides SiO2/MxOy obtained by the sol-gel process, designated as composites, usually combine both mechanical and chemical properties of silica gel with the chemical properties of metal oxide (MxOy), showing properties such as: high degree of dispersion and homogeneity of metal oxide particles in the silica matrix, as well as high mechanical and chemical resistance. The goal of this work was to prepare and characterize materials in the system SiO2/MnxOy obtained by the sol-gel process, using different concentrations of Mn (II) precursors (acetate or nitrate). The technique of X-ray fluorescence showed that the concentration of metal oxide in the materials is dependent on the precursor used and its concentration, ranging from 9.4% up to 20.9% by mass. The highest concentration of manganese oxide was obtained when (CH3CO2)2Mn.4H2O was used as precursor. The infrared spectra indicate that the network of SiO2 is not disturbed by the increase in the quantity of manganese oxide, suggesting that the MnxOy is dispersed on the surface of the silica matrix. The X-ray diffraction showed the low crystallinity of these materials. However, there is a change in the XRD on 2θ = 35.70 when the material is heated to 400 0C, probably due to the formation of Mn3O4 crystallites. The proposed synthesis method for materials SiO2/MnxOy is reproducible. Application of these materials as electrodes for the reduction of O2 was evaluated and it was found that the electrocatalytic activity of these materials can be increased by heating them at 400 0C.

Keywords: Sol-Gel, Mixed Oxide, Silica Gel, Manganese Oxide, Composite.

1. INTRODUÇÃO

Os óxidos mistos SiO2/MxOy obtidos pelo processo sol-gel, designados de compósitos, normalmente aliam as propriedades mecânicas e químicas da sílica gel com as propriedades químicas do óxido metálico (MxOy) livre [1-4]. Esses materiais apresentam propriedades importantes, das quais podem-se destacar: elevado grau de dispersão e homogeneidade das partículas de MxOy na matriz de SiO2; elevada resistência mecânica e química; e caráter ácido de Brønsted e de Lewis [1-3]. A preparação desses materiais pelo processo sol-gel não é trivial, pois a cinética de hidrólise, catalisada por ácido, é diferenciada para cada precursor, existindo deste modo uma correlação entre as características do compósito obtido e os parâmetros de síntese. Além disso, o processo sol-gel permite a obtenção de sólidos com alta área superficial e com tamanho e distribuição de poros controlados nos quais o óxido metálico (MxOy) está altamente disperso na matriz de sílica [1-4], característica extremamente importante para aplicações em eletrocatálise.

O processo de obtenção destes materiais consiste basicamente na reação entre o reagente tetraetilortosilicato (Si(OEt)4) e um precursor do óxido metálico (M(OR)y):

O produto formado (SiO2/MxOy) apresenta uma estrutura de poros que permite a imobilização de espécies eletroativas, possibilitando o desenvolvimento de novos eletrodos quimicamente modificados e novos materiais para pré-concentração de íons metálicos [5-10]. Esses óxidos mistos são também bons adsorventes para a remoção de íons metálicos de meios aquosos, em função de apresentarem sítios ácidos e grandes áreas de superfície [9].

Em função de sua estabilidade química, de seu baixo custo e de ser ambientalmente benigna, a família dos óxidos de manganês tem recebido grande atenção atualmente [9, 11-30], e esses óxidos têm se destacado por suas potenciais aplicações na área de materiais para aplicação em energia, por exemplo, como catalisadores na oxidação da água, em sistemas de fotossíntese artificial [23-27], ou como catalisadores na reação de redução de oxigênio molecular (RRO) em pilhas a combustível alcalinas [27-30]. Recentemente, vários artigos vêm estudando a atividade catalítica dos óxidos de manganês na reação de redução de oxigênio molecular [11-17, 27-30]. Estes estudos têm levado em consideração o fato de que o Mn troca seu estado de oxidação de +2 para +3, e deste para +4, em potenciais relevantes para a reação de redução do oxigênio molecular, o que sugere que os óxidos de manganês podem trocar átomos de oxigênio com o eletrólito. Acredita-se que esta propriedade deve facilitar a RRO [27].

O objetivo deste trabalho consistiu na síntese e caracterização do sistema SiO2/MnxOy, obtido pelo processo sol-gel, utilizando diferentes concentrações dos precursores de Mn (II), acetato ou nitrato; assim como verificar a influência desses dois precursores de Mn (II) nas características do óxido misto formado. A aplicação destes materiais como eletrocatalisadores para a reação de redução de oxigênio molecular em meio alcalino também foi avaliada.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Preparação dos óxidos mistos SiO2/MnxOy

Os óxidos mistos SiO2/MnxOy (denominados de SiMn-X) foram preparados de acordo com o seguinte procedimento: na etapa de pré-hidrólise, 4,5 mL de HCl 3,5 mol L-1 foram adicionados em uma solução de 2,2 mol L-1 de TEOS (tetraetilortossilicato) em etanol anidro (TEOS - Si(OC2H5)4 / Aldrich, 98%), variando-se a quantidade da solução de TEOS de acordo com a Tabela 1, sendo a mistura agitada por 3 h a 60 ºC. Finalizada a etapa de pré-hidrólise, foi adicionada ao meio reacional a quantidade indicada na Tabela 1 do precursor de Mn (II), (CH3CO2)2Mn.4H2O (Aldrich, 99%) ou Mn(NO3)2.6H2O (Aldrich, 98%), previamente dissolvido em 10 mL de etanol. A mistura foi agitada por 2 h, à temperatura ambiente, e a seguir foram adicionados 2,3 mL de HCl 3,5 mol L-1. Manteve-se a agitação por mais 1 hora. O sistema reacional ficou em repouso por 72 h, para que ocorresse a total hidrólise dos reagentes e a formação do gel. O solvente (etanol) foi evaporado lentamente, a 60 ºC, até a formação do xerogel (gel seco). Terminada a formação do xerogel, o material foi levado para uma estufa a 230 °C, e mantido durante 4 horas para a remoção total do solvente. O material obtido foi triturado e peneirado entre 0,075 e 0,25 mm, lavado com 50 mL de HNO3 0,1 mol L-1, água deionizada e etanol, e, posteriormente, lavado em um extrator de Soxhlet por 8 h com etanol. Finalmente, o sólido resultante foi seco a vácuo (10-3 torr) por 2 h, à temperatura ambiente. A Figura 1 mostra o fluxograma do procedimento adotado para a preparação dos materiais SiMn. Alguns dos materiais obtidos foram submetidos a um aquecimento ao ar em forno tipo mufla, a 400 0C, por 6 horas (SiMn-X/400).


2.2 Caracterização dos óxidos mistos

A caracterização dos materiais foi realizada pelas técnicas descritas a seguir:

Fluorescência de raios X (FRX) - nesta análise a amostra foi preparada por prensagem do material sob pressão de 20 toneladas. A pastilha obtida foi analisada em espectrômetro de fluorescência de raios X, por comprimento de onda, equipamento Rigaku, modelo RIX 3100, tubo de ródio, 4 kW. Na obtenção da análise química semiquantitativa, o espectro gerado a partir da amostra foi avaliado pelo software Spectra plus v.1.6 no modo standardless method, ou seja, sem curva de calibração específica;

Difração de raios X (DRX) - os difratogramas foram obtidos pelo método do pó, em um difratômetro Rigaku Miniflex, operando com uma tensão de 30kV e corrente de 15 mA, com radiação de kα do cobre ( 0,15418 nm), no intervalo de 100 < 2θ < 700, com passo de 0,050 e acumulação de 1 segundo/passo.

Espectroscopia no infravermelho - a análise foi realizada em um espectrofotômetro de infravermelho por Transformada de Fourier, modelo Nicolet Magna - IR 760, com resolução 4 cm-1 e detector DTGS KBr. As amostras foram preparadas em pastilhas de KBr. Os espectros foram obtidos na região de 4000 a 400 cm-1, com 32 acumulações, sendo analisados de forma qualitativa.

A área superficial (método de BET) e a distribuição de tamanho de poro (método BJH) foram determinadas a partir das isotermas de adsorção e dessorção de N2 a 77 K, obtidas no equipamento Quantachrome, modelo Nova 1200e.

2.3 Comportamento eletroquímico e estudo da redução de oxigênio

Os estudos eletroquímicos foram realizados pelas técnicas de voltametria cíclica e cronoamperometria, usando um eletrodo de pasta de carbono. A pasta de carbono foi preparada misturando-se 30 mg do óxido misto SiMn-X com 30 mg de grafite (Fluka, 99,9%) e uma gota de óleo mineral (Nujol®) para dar consistência de pasta. Esta pasta foi colocada na extremidade de um tubo de vidro de aproximadamente 0,2 cm2 de área e 0,1 cm de profundidade, e o contato elétrico foi realizado por um disco de platina. Um potenciostato/galvanostato AUTOLAB PGSTAT 128N, conectado a um microcomputador para a coleta de dados, foi utilizado para as medidas eletroquímicas. A cela eletroquímica consistia de três eletrodos: eletrodo de trabalho (eletrodo de pasta de carbono), eletrodo de referência (eletrodo de calomelano saturado-SCE) e um contra eletrodo (eletrodo de platina). Os experimentos foram realizados com uma velocidade de varredura de ν = 20 mv s-1, utilizando-se KCl, 5 mol.L-1 como eletrólito e o pH sendo ajustado para 13 com a adição de solução de KOH. A concentração de oxigênio dissolvido foi medida por um oxímetro, Digimed DM-4P com eletrodo de Clark. Todos os experimentos foram realizados com a cela eletroquímica imersa em um banho termostático a 25,0 ± 0,2 0C.

3. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

A técnica de fluorescência de raios X, Tabela 2, mostrou que a concentração dos óxidos nos materiais SiMn-X é dependente do precursor utilizado e da sua concentração no meio reacional, sendo que, foram obtidos materiais com quantidades de óxido de manganês maiores do que as descritas na literatura [18-20]. Quando se usou o (CH3CO2)2Mn.4H2O como precursor, praticamente todo o manganês adicionado foi incorporado ao material final, indicando que todo o precursor sofreu hidrólise e reagiu com os grupos Si-OH da superfície da matriz de sílica. Entretanto, quando se utilizou o precursor Mn(NO3)2.6H2O, parte do manganês foi extraída na lavagem e submetido ao extrator Soxhlet. Esse resultado sugere que parte do nitrato de manganês não sofreu hidrólise; ele foi parcialmente lixiviado durante a lavagem. No entanto, a concentração do óxido de manganês no material final ainda é relativamente alta, mesmo quando se utiliza Mn(NO3)2.6H2O como precursor.

A espectroscopia no infravermelho permite a obtenção de informações sobre a matriz de SiO2, sendo que a interpretação detalhada do espectro IV de várias formas de sílica é descrita na literatura [31-33]. Nos espectros IV, Figura 2, observa-se uma banda larga ao redor de 3440 cm-1 atribuída à vibração de estiramento da ligação O-H, que indica a presença de grupos silanóis (Si-OH) e de água adsorvida, formando ligações de hidrogênio em todas as amostras. A banda ao redor de 1635 cm-1, atribuída ao modo de deformação da água, confirma a presença dessas moléculas na superfície dos materiais. Em todas as amostras, a banda atribuída ao modo de estiramento assimétrico das ligações Si-O, dos tetraedros de [SiO4]2-, foi observada ao redor de 1080 cm-1, e a banda do modo de estiramento simétrico foi observada ao redor de 795 cm-1. A banda ao redor de 960 cm-1 pode ser atribuída ao modo de deformação dos grupos Si-OH, estando presente em todas as amostras. Ao redor de 565 e 455 cm-1, foram observadas bandas atribuídas aos modos vibracionais de deformação das ligações Si-O-Si. Observa-se ainda um pequeno ombro em 615 cm-1, que pode ser atribuído ao modo de estiramento Mn-O do óxido de manganês [18], e que fica um pouco mais definido nos materiais aquecidos a 400 0C. Estes resultados indicam que em todos os materiais a rede de SiO2 é pouco perturbada pela incorporação do óxido de manganês, sugerindo que o MnxOy está disperso na superfície da matriz de SiO2. Cabe ressaltar que, em trabalho recente, foi demonstrado que as propriedades da superfície desses materiais são fortemente dependentes da presença das espécies MnxOy[9]. Entretanto, não podemos descartar a hipótese de que estas espécies também podem se localizar dentro dos poros da matriz de SiO2.


A Figura 3 exibe os difratogramas de raios X para os materiais SiMn-A, SiMn-B e SiMn-B/400, obtidos a partir do precursor de acetato. A presença de um pico largo ao redor de 2θ = 230, halo amorfo típico de sílica vítrea [20], indica que esses materiais são amorfos. No entanto, com o aumento da concentração do precursor de manganês, observa-se o aparecimento de outra banda larga entre 350 e 360, de baixa intensidade, que pode indicar a presença do óxido MnxOy[18-20]. Para o material SiMn-B/400, que corresponde ao material SiMn-B/400, observou-se o aparecimento de um pico largo ao redor de 2θ = 330, que pode ser atribuído ao pico de difração mais intenso, plano (222), da rede do Mn2O3 (JCPDS-ICDD, cartão no. 41-1442) [19] , indicando que ocorreu a formação de cristalitos de Mn2O3[19, 29].


A Figura 4 mostra o DRX obtido para o material SiMn-E e o produto do seu aquecimento a 400 0C. Nas duas figuras de difração de raios X observou-se o halo ao redor de 2θ = 230, típico da rede de sílica vítrea [20]. Para a amostra aquecida a 400 0C (SiMn-E/400), também foram observados dois picos largos em 2θ = 35,7o e 60,3o, que podem ser atribuídos, respectivamente, aos planos (211) e (224) da rede do óxido Mn3O4 com estrutura tipo Hausmannita (PDF nº 800382) [20, 29]. Portanto, é razoável assumir que o aquecimento do material obtido a partir do precursor de nitrato levou à formação de cristalitos de Mn3O4, que, de acordo com a literatura, provavelmente estão dispersos na superfície da matriz de SiO2[9, 20]. Cabe ressaltar que este resultado é diferente do observado para o precursor de acetato, que leva à formação de cristalitos de Mn2O3.


Nas Figuras 5 e 6 são apresentadas as isotermas de absorção/dessorção de N2 para os materiais SiMn-E e SiMn-E/400, respectivamente. Quanto ao formato, observa-se que todas as amostras apresentaram gráficos com uma forma intermediária entre as isotermas do tipo I e IV [34-36]. Estes resultados indicam que tais materiais apresentam uma distribuição de poros na região entre microporos e mesoporos. O fato das isotermas apresentarem o fenômeno de histerese entre adsorção/dessorção indica que o formato dos poros não é essencialmente cilíndrico, apresentando poros predominantemente em forma de "tinteiro" (do inglês bottle-neck, ou seja, poros que apresentam entrada menor que seu corpo, como um frasco tinteiro) [34-36]. A histerese é causada por efeitos geométricos, nos quais a curvatura do menisco em contato com o vapor para um dado P/Po de quando a pressão parcial aumenta é diferente daquela que ocorre quando a pressão parcial diminui. O valor de P/Po no qual ocorre a condensação, durante a adsorção, é determinado pelo maior raio efetivo de curvatura do corpo do tinteiro. Entretanto, a evaporação a partir do tinteiro cheio, que ocorre durante a dessorção, é determinada pelo raio efetivo de curvatura do gargalo. Este fenômeno é atribuído à pressão capilar, que impede o gás condensado de se dessorver na mesma pressão a que ocorre a adsorção.



Na Tabela 3 são apresentados os resultados de área de superfície pelo método de BET e do volume e tamanho médio de poros pelo método BJH para os materiais SiMn-E e SiMn-e/400. Observa-se que estes materiais apresentam valores altos para a área de superfície, e que há um aumento deste valor com a calcinação a 400 0C. Com relação ao volume de poros, também se observa um aumento significativo com a calcinação, enquanto que o valor de tamanho médio de poro não sofre grande alteração. Estes resultados indicam que a estrutura de matriz de SiO2 não sofre grandes modificações com a calcinação a 400 0C, sendo preservada sua integridade. Entretanto, é razoável admitir que as modificações observadas estejam relacionadas a mudanças que ocorrem na estrutura do óxido de manganês que, portanto, deve estar disperso na superfície da matriz de SiO2, ocupando parcialmente os seus poros de. A formação dos cristalitos de Mn3O4, na temperatura de 400 0C, resulta na desocupação desses poros. Cabe ressaltar que resultados recentes de MEV-EDS mostraram que o manganês se encontra uniformemente disperso nesses materiais [9].

As Figuras 7 e 8 mostram os resultados obtidos com o método BJH para tamanho e volume de poros. Aproximadamente 73 % do volume de poros da amostra SiMn-E (Figura 7) é formado por microporos, (menores que 20 Å) e o restante ( 27 %) por mesoporos (entre 20 e 30 Å). Para a amostra SiMn-E/400, Figura 8, os microporos (< 20 Å) contribuem com cerca de 77% do valor total da área superficial, e os mesoporos (entre 20 e 40 Å) com os restantes 23%. A distribuição de poros não sofre grandes modificações com a calcinação a 400 0C, reforçando a hipótese de que a estrutura da matriz de SiO2 é preservada.



Uma vez que a literatura reporta que o óxido Mn3O4 apresenta atividade catalítica para a reação de redução de oxigênio molecular [12-17, 27-30], foram realizados estudos do comportamento eletroquímico para os materiais SiMn-E e SiMn-E/400. Na Figura 9 é apresentada a voltametria cíclica obtida para o material SiMn-E. Podem-se dividir os picos anódicos e catódicos em dois grupos, um em potenciais positivos e outro em potenciais negativos. Os picos em potenciais positivos provavelmente estão relacionados ao par redox Mn2+/Mn+3[17]. O outro grupo, em potenciais negativos, pode ser atribuído ao processo de eletrorredução do oxigênio dissolvido [14-17, 27-30], visto que sua intensidade depende da concentração deste.


A estabilidade eletrocatalítica dos materiais SiMn-E e SiMn-E/400 foi confirmada pela cronoamperometria. Para a realização destes experimentos, inicialmente foi avaliada a dependência de jpc com o potencial aplicado, Eap. O valor de Eap foi escolhido pela medida da intensidade de jpc na concentração de oxigênio de 17,2 mg L-1. Este estudo mostrou que a maior intensidade de jpc foi obtida em Eap igual a -0,55 V. Portanto, o potencial foi fixado neste valor de Eap durante os experimentos de cronoamperometria, uma vez que em tais condições pode-se considerar que todo o oxigênio presente na interface eletrodo/solução é completamente eletrorreduzido. As curvas de cronoamperometria para os materiais SiMn-E e SiMn-E/400, na presença de O2 dissolvido, são apresentadas na Figura 10. Pode-se observar um grande aumento na jpc quando o O2 está presente. Estes resultados mostram que os materiais SiMn-E e SiMn-E/400 são altamente estáveis, não apresentando diminuição da intensidade de jpc, mesmo depois de uma hora de medida, e que o material SiMn-E/400 apresenta uma maior atividade para a reação de redução do oxigênio.


4. CONCLUSÕES

O método de síntese proposto para os materiais SiO2/MnxOy é reprodutível e permite a preparação de materiais com diferentes quantidades de óxido de manganês. Os resultados de infravermelho indicam que a estrutura da matriz de SiO2 é pouco perturbada pela adição dos precursores de manganês no processo sol-gel, sugerindo que o óxido MnxOy está disperso na superfície da matriz. O aquecimento dos materiais a 400 0C promove a formação de cristalitos de Mn2O3, para o precursor de acetato, ou Mn3O4, quando se utiliza o precursor de nitrato. Os estudos eletroquímicos mostraram que o material SiMn-E apresenta uma considerável atividade eletrocatalítica para a redução de O2 dissolvido em meio básico, sendo observado um aumento da atividade de redução de oxigênio molecular com a calcinação a 400 0C. Portanto, em função de seu baixo custo, em comparação a materiais metálicos como a platina, seu baixo impacto ambiental e sua considerável atividade de redução de oxigênio molecular em meio alcalino, este material apresenta potencial para aplicação em catodos de pilhas a combustível alcalinas.

5. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao CNPq e FAPERJ pelo apoio financeiro e ao NUCAT pelo apoio técnico.

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    Synthesis of SiO2 /MnxOy mixed oxides for application in the O2 reduction reaction
  • Datas de Publicação

    • Publicação nesta coleção
      24 Set 2013
    • Data do Fascículo
      2013
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