Formación de composites metal/óxido por desestabilización de intermetálicos

M.F. TORRESÁN; L.V. MOGNI; M.R ESQUIVEL

S.C. de Bariloche

Congreso; 98 Reunión Nacional de Física; 2013

Asociación Física Argentina

Introduccion:Con el incipiente agotamiento de los recursos energeticos actualmente disponibles, se ha observado una reorientacion en los objetivos principales de investigacion hacia el acceso a las tecnologas basadas en hidrogeno. Como parte de este desarrollo se propone la sntesis de composites metal/oxido para ser utilizados, mediante modicaciones menores, en aplicaciones tales como prepuricacion de gases o como electrocatalizador de la oxidacionde H2 en celdas de combustible.En este trabajo, se estudia la estabilidad estructural y qumica de LaNi5 sometido a diversos tratamientos en aire. Se analizo el rango de estabilidad termica y los productos de descomposicion y se evaluo el mecanismo de oxidacion del intermetalico (IM) como estrategia de partida para la formacion de estos composites. Este estudio permitira generalizar el uso de este material o sus derivados multisubstituidos en las aplicaciones mencionadas previamente.Experimental:La estructura cristalina y microestructura de las muestras fueron analizadas por XRD (Philips PW1701). La morfologa y distribucion de tama~nos de partculas fue estudiado por SEM (SEM 515 Philips Electronics y SEM-FEG Nova Nano 230, (FEI Company). La estabilidad termica fue analizada por DSC (TA 2970) en atmosfera de Ar y aire y por Termogravimetra (TG) (Cahn 1000 con sistema acoplado de distribucion de gases). La composicion elemental fue estudiada por EDS.Resultados y discusion:Se determino que el inicio de la desestabilizacion del IM ocurre a 160 C por DSC. A mayores temperaturas se producen eventos exotermicos asociados a la oxidacion de La y Ni. Se realizo un analisis cinetico y termodinamico a partir del cual se determinaron 2 rangos caractersticos de reaccion:a) Para 160 C lt; T lt; 600 CEn base a los resultados obtenidos por XRD y TG, se observa que la descomposicion del IM, asociado a la presencia de Ni metalico, no es instantanea y previa a la oxidacion. Esta descomposicion ocurre en serie/paralelo con la formacion de La2O3 y NiO. Se propone para este rango, la siguiente reaccion global:2LaNi5(s) + 13/2O2(g) =La2O3(s) + 10NiO(s) (I)La formacion de cada oxido depende de la T de reaccion. Como ejemplo a 550 C, se observa que los dominios cristalinos correspondientes a La2O3 presentan valores de tamaño de cristalita del orden de 100 A, mientras los que corresponden a NiO alcanzan valores cercanos a 400 A.Estas diferencias indican que los procesos que controlan la formacion de cada oxido son diferentes, proponiendose para ello caminos serie-paralelo donde la rotura de LaNi5 ocurre en paralelo con la oxidacion de La y Ni, siendo las cinetica de formacion de La2O3 mas rapida que la de NiO. Para este rango se propone que la formacion de La2O3 surge de un proceso de rapida nucleacion - difusion seguido de un rapido crecimiento. Mientas que NiOocurre con un desarrollo cristalino mayor, lo que sugiere que los procesos difusivos estan favorecidos.La formacion del composite es favorecida si la cinetica de la formacion de NiO es suprimida por agotamiento deO2 o por reduccion posterior con H2b) Para T gt; 600 CEn este rango, se observa la formacion de LaNiO3 a partir de mediciones de XRD y TG. Se propone la siguientereaccion global:2LaNi5(s) + 7O2(g) = LaNiO3(s) + 8NiO(s) (II)Para la formacion de este oxido mixto, se proponen dos mecanismos. En el primero, la descomposicion de LaNi5 estara seguida por la combinacion directa entre La, Ni y O. En el segundo mecanismo, se producira la formacion previa de La2O3 y NiO seguida de una reaccion de difusion solido-solido para formar LaNiO3.Conclusiones:Es posible obtener composites oxido-metal a partir de la desestabilizacion de IMs. El proceso es a baja temperatura T; 600 C. Las condiciones de obtencion de los componentes del composite (tamaño de cristalita, porosidad) pueden ser controlados por las condiciones de reaccion. Esto supone un avance tecnologico facilmente alcanzable.Agradecimientos:A ANPCyT (PICT 0092), CONICET (PIP0109) y UNComa (B183) por nanciamiento parcial.