From Facets to Flow: The Electrooxidation of Glycerol on Pd-based catalysts

• Glycerol, a by-product of biodiesel refineries, has uses in industries such as cosmetics, food, and pharmaceuticals. However, its usage is small compared to the amount of glycerol produced from biodiesel production. Therefore, there is an opportunity to use glycerol, an important platform chemical, as a cheap feedstock for the synthesis of valuable chemicals. These chemicals can be formed in aqueous media through the glycerol electrooxidation reaction (GEOR) on the anode with hydrogen gas concurrently generated on the cathode. This thesis focuses on the GEOR in alkaline media on Pd and PdNi catalysts. The works compiled here evaluate the GEOR using electrochemical methods such as cyclic voltammetry, galvanostatic polarisation curves, chronoamperometry and chronopotentiometry. Pd and PdNi catalysts were fabricated through chemical synthesis, and electrodeposition onto Ni substrates. Singularly oriented Pd crystal facets were studied, showing those approximating Pd (111) as the most active. Similarly faceted bimetallic PdNi nanoparticles proved significantly more active than pure Pd. Effects of mass transport, studied for Pd/NiRDE and PdNi/NiRDE, indicated performance effects linked to diffusion and underutilisation of thicker catalyst layers. In aerated solutions, industrially relevant current densities were achieved on PdNi/Nifoam in concentrated electrolytes at elevated temperatures for extended periods. The analysis of glycerol oxidation products, formed during steady state measurements, was done using high performance liquid chromatography. The two major products were consistently shown to be glycerate and lactate. This work, covering many aspects of the GEOR, shows that Pd-based catalysts have potential for future industrial application.

• Glycerol, en biprodukt från biodieselraffinaderier, har användningsområden i industrier som producerar kosmetika, livsmedel och läkemedel. Dess användning är dock liten jämfört med mängden glycerol som produceras från biodieselproduktion. Därför finns det en möjlighet att använda glycerol, en viktig plattformskemikalie, som ett billigt råmaterial för syntes av värdefulla kemikalier. Dessa kemikalier kan bildas i vattenlösning genom glycerolelektrooxidationsreaktionen (GEOR) på anoden samtidigt vätgas genereras på katoden. Denna avhandling fokuserar på GEOR på Pd- och PdNi-katalysatorer i alkaliska medier.Detta arbete inkluderar studier av GEOR med hjälp av elektrokemiska metoder som cyklisk voltammetri, galvanostatiska polarisationskurvor, kronoamperometri och kronopotentiometri. Pd- och PdNi-katalysatorer tillverkades genom kemisk syntes och elektrodeposition på Ni-substrat. Singulärt orienterade Pd-kristallfacetter studerades och visade att de som närmar sig Pd (111) var de mest aktiva. Bimetalliska PdNi-nanopartiklar med liknande fasetter visade sig vara betydligt mer aktiva än ren Pd. Effekter av masstransport, som studerades för Pd/NiRDE och PdNi/NiRDE, indikerade prestandaeffekter kopplade till diffusion och underutnyttjande av tjockare katalysatorskikt. I luftade lösningar uppnåddes industriellt relevanta strömtätheter på PdNi/Nifoam i koncentrerade elektrolyter vid förhöjda temperaturer under längre perioder. Analysen av glyceroloxidationsprodukter, bildade vid stationära mätningat, gjordes med hjälp av högupplösande vätskekromatografi. De två huvudprodukterna visades konsekvent vara glycerat och laktat. Detta arbete, som täcker många aspekter av GEOR, visar att Pd-baserade katalysatorer har potential för framtida industriell tillämpning. 

Ämnesord

NATURVETENSKAP  -- Kemi (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Chemical Sciences (hsv//eng)

NATURVETENSKAP  -- Kemi -- Fysikalisk kemi (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Chemical Sciences -- Physical Chemistry (hsv//eng)

NATURVETENSKAP  -- Kemi -- Materialkemi (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Chemical Sciences -- Materials Chemistry (hsv//eng)

NATURVETENSKAP  -- Kemi -- Annan kemi (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Chemical Sciences -- Other Chemistry Topics (hsv//eng)

Nyckelord

glycerol

electrooxidation

palladium

nickel

alkaline

HPLC

RDE

glycerol

elektrooxidation

palladium

nickel

alkalisk

HPLC

RDE

Chemical Engineering

Kemiteknik

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

dok (ämneskategori)