Caracterización y funcionalización de superficies monocristalinas de magnetita con átomos individuales de platino

LAVIANI, MAGALÍ; HEREDIA, ROMINA M.A.; GUILLERMO BENITEZ; DORIS GRUMELLI

Rio Cuarto

Encuentro; XXI Encuentro de superficies y materiales nanoestructurados; 2022

Facultad de Ciencias Exactas, Fisico-Químicas y Naturales Universidad Nacional de Río Cuarto

La creciente demanda de energía y el deterioro medioambiental se convirtieron en la fuerza impulsora de un gran número de propuestas y desarrollos en el campo de la generación de energías limpias en el largo plazo. En particular, tecnologías basadas en reacciones electroquímicas de moléculas que se encuentran en la atmósfera terrestre [1], tales como la evolución del oxígeno (OER) y la reducción del oxígeno (ORR), tal que se posicionan como soluciones prometedoras. No obstante, estas reacciones requieren el uso de costosos catalizadores para aumentar la velocidad de reacción, entre los que se destaca el platino. En la búsqueda de catalizadores más eficientes y económicos, han cobrado relevancia aquellos que se encuentran basados en átomos individuales (SAC, del inglés: single atom catalyst). Éstos se componen de átomos metálicos inmovilizados en un soporte de menor o nula actividad catalítica, tales como lo son los óxidos metálicos [2]. Eluso de átomos individuales permite alcanzar rendimientos catalíticos excepcionales, al maximizar el uso de los centros activos, acercando así la catálisis heterogénea a la homogénea [3]. Además, trae aparejada una merma en los costos al utilizar menor cantidad de material catalítico. Sin embargo, la reducción de tamaño del catalizador a tal nivel produce una disminución de su estabilidad termodinámica, ocasionando el agregado delos átomos en pequeños clústeres de menor actividad catalítica. Una manera del resolver este inconveniente es la utilización de soportes que logren estabilizarlos; un ejemplo de ellos es la superficie de magnetita (Fe 3 O 4 ) monocristalina con orientación preferencial 001, que cuando es preparada en condiciones de ultra alto vacío (UHV, del inglés: ultra high vacuum) expone una reconstrucción superficial donde los SACs pueden permanecer estables [4, 5].En consiguiente, el objetivo de este trabajo es estudiar la respuesta catalítica de SACs de Ptdepositados sobre una superficie de Fe 3 O 4 (001) para las reacciones de reducción y evolución de oxígeno.Experimentalmente las superficies de monocristales de Fe 3 O 4 (001) se prepararon por sputtering y annealing en UHV. Luego se realizó la evaporación de platino metálico también en condiciones de UHV, controlando el flujo de manera de obtener átomos individuales aislados. A partir de experimentos de espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) se pudo corroborar la presencia, identidad y cubrimiento del Pt sobre la superficie de Fe 3 O 4 (001). Seguidamente, experimentos de voltametría cíclica y de barrido lineal fueron realizados para evaluar la performance electrocatalítica del sistema en un medio alcalino (NaOH 0,1M).En particular, la OER presentó una mejora luego de la incorporación de Pt; se observó cómo corrimiento del potencial onset hacia valores menos positivos y un alcance de corrientes mayores por parte del sistema Pt+Fe 3 O 4 (001) en contraposición a la superficie del óxido desnudo. Finalmente, la estabilidad del sistema se corroboro por XPS, donde se vio que la señal correspondiente al Pt permaneció inalterada luego de los experimentos electroquímicos.