On selective glycerol valorisation: Exploring the performance of facet-controlled nanoelectrocatalysts

As the biodiesel industry's growth skyrocketed in the past 20 years, it resulted in the accumulation of its main by-product—glycerol. Despite its extensive applications in the pharmaceutical industry, medicine, cosmetics, agriculture, and food industries, the supply exceeds the demand. Hence, glycerol, being abundant and cheap, has emerged as a promising feedstock for producing value-added chemicals. One of the tactics to generate those products is the glycerol electrooxidation reaction (GEOR), where glycerol is oxidised at the anode and hydrogen gas is generated at the cathode. In the present thesis, noble metal-based nanoparticles were synthesised, characterised, and evaluated in alkaline media as catalysts for the GEOR. In order to assess and optimise the electrocatalytic performance and selectivity of the GEOR toward three-carbon (C3) products, different parameters like the morphology and composition of the catalyst, exposed crystallographic facets, electrolyte composition and electrolysis potential were studied. The centre of the attention of the research covered were Pd, Pd-Ni, Pt and Pt-Co nanoparticles with an octahedral, rhombic dodecahedral, and cubic shape and more irregular shapes. Cubic-shaped catalysts with {100} faces were the best-performing among the investigated systems. In addition, alloying of Pd and Pt with non-noble Ni and Co improved the efficiency of the GEOR compared to their noble monometallic counterparts while generally retaining the selectivity of C3 products mostly represented by glycerate and lactate. Under de senaste 20 åren har tillväxten inom biodieselindustrin skjutit i höjden och resulterat i en ackumulering av dess huvudsakliga biprodukt – glycerol. Trots dess omfattande användning inom läkemedels-, kosmetika-, och livsmedelsindustrin och medicin samt inom jordbruket överstiger utbudet efterfrågan. Därför har glycerol, som är ett rikligt förekommande och billigt ämne, framträtt som en lovande råvara för produktion av värdefulla kemikalier. En av strategierna för att generera dessa produkter är glycerolelektrooxidationsreaktionen (GEOR), där glycerol oxideras vid anoden och vätgas genereras vid katoden. I den här avhandlingen syntetiserades, karakteriserades och utvärderades nanopartiklar baserade på ädla metaller i alkaliska medier som katalysatorer för GEOR. För att bedöma och optimera den elektrokatalytiska prestandan och selektiviteten hos GEOR gentemot produkter med tre kolatomer (C3), studerades olika parametr