CATALIZADORES Ni@Pt-Pd SOPORTADOS SOBRE BIOCARBONES PARA LA ELECTRO-OXIDACIÓN DE ETANOL EN MEDIO ALCALINO

JOSÉ JOAQUÍN ARROYO GÓMEZ; MARTA DUARTE; RODRIGO CASTAGNA; KARIM SAPAG; JUAN MANUEL SIEBEN

San Carlos de Bariloche

Encuentro; XVII Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados NANO 2017; 2017

Comisión Nacional de Energía Atómica - Centro Atómico Bariloche

En el presente trabajo se estudió la influencia del material soporte en la actividad catalítica de nanopartículas trimetálicas Ni@Pt-Pd con estructura ?core-shell? para la oxidación de etanol en medio alcalino. Las nanopartículas trimetálicas fueron sintetizadas en un proceso de dos etapas que involucra la reducción química de la sal precursora de Ni para obtener nanopartículas de Ni sobre los materiales carbonosos y el posterior reemplazo parcial de Ni por Pt y Pd por desplazamiento galvánico para obtener las partículas con estructura core-shell. Los materiales carbonosos utilizados en este trabajo fueron: i) carbón mesoporoso sintético (MCK3), ii) biocarbón obtenido a partir del carozo de durazno (GW12/40) y iii) dos biocarbones obtenidos a partir de la cascara de mani (Ecot DAF y Ecot MAF); con áreas BET entre 800 y 1500 m2 g -1. Las propiedades texturales de los materiales carbonosos fueron evaluadas por adsorción-desorción de N2 y CO2, TGA y DTP acoplado con un espectrómetro de masas (MS). La estructura cristalina de los electrocatalizadores fue estudiada por XRD, mientras que la composición y contenido de los metales en las muestras fueron evaluados por EDX y análisis ICP-AES. La composición superficial de las nanopartículas fue determinada por XPS. Por otro lado, la actividad catalítica de los materiales preparados en la electro-oxidación de etanol en medio alcalinofue evaluada por voltametría cíclica (VC) y cronoamperometría (CA), a diferentes potenciales. Los estudios de microscopía TEM han mostrado que los depósitos metálicos están formados por nanopartículas hemisféricas con diámetros entre 10 y 18 nm, distribuidas homogéneamente sobre la superficie de los materiales carbonosos. Se ha determinado que el contenido de Pt, Ni y Pd en todas las muestras es de aproximadamente 65, 10 y 25 % at, respectivamente. Se han obtenido electrodos con áreas electroactivas de entre 115 y 215 m2 g -1. La formación de estructuras ?core-shell? ha sido confirmada mediante el análisis de los resultados obtenidos de los ensayos de difracción de rayos X, EDX y XPS. Las nanopartículas metálicas se encuentran formadas por un núcleo rico en Ni cubierto por varias capas de una aleación rica en Pt. Los ensayoselectroquímicos han mostrado que los catalizadores ternarios tipo ?core-shell? (Ni@Pt-Pd) sintetizados por el método descripto, presentan elevada resistencia al envenenamiento con CO y una actividad catalítica para la oxidación de etanol en medio alcalino superior con respecto a un catalizador comercial Pt-Ru/C con mayor contenido en peso de los metales noble, en especial los catalizadores Ni@Pt-Pd/CMK3 y Ni@Pt-Pd/GW que exhibieron una actividad catalítica dos veces mayor a la del sistema comercial a bajos sobrepotenciales. En general puede decirse que el área electroactiva, la composición y el espesor de la capa Pt-Pd que rodea al núcleo de Ni son factores determinantes para facilitar la oxidación del alcohol, aumentar la actividad catalítica y disminuir el envenenamiento con intermediarios adsorbidos sobre el catalizador. Este estudio muestra que es posible preparar catalizadores trimetálicos tipo ?core-shell? soportados sobre materiales carbonosos obtenidos a partir de residuos provenientes de la biomasa, que presentan una actividad catalítica mejorada para la electro-oxidación de EtOH cuando se lo compara con catalizadores comerciales Pt-Ru/C con alto contenido de Pt.