Electrocatalizadores nanoestructurados Pt(Cu) para la electrooxidación de alcoholes en celdas de combustible de baja temperatura

R.D. CASTAGNA; J.M. SIEBEN; A.E. ALVAREZ; M.M.E. DUARTE

San Rafael

Congreso; CLICAP 2018 Congreso Latinoamericano de Ingeniería y Ciencias Aplicadas; 2018

Universidad Nacional de Cuyo

El aumento de la demanda de energía y el agotamiento a mediano plazo de los combustibles fósiles no renovables hacen necesario un cambio de la matriz energética. Hay una necesidad obvia por una mejor utilización de las reservas existentes, del uso de sistemas más eficientes de conversión de energía y de la progresiva inclusión de fuentes alternativas de energía más amigables con el medio ambiente. Entre estas figuran las celdas de combustible, consideradas como uno de los dispositivos alternativos más eficientes. En el presente trabajo seestudió la actividad electrocatalítica para la oxidación de alcoholes de nanopartículas de platino y cobre soportadas sobre Vulcan XC-72R para el ánodo de celdas de combustible de alcohol. A fin de mejorar la utilización del metalnoble y potenciar su actividad, las partículas bimetálicas fueron depositadas formando estructuras pseudo ?coreshell? con núcleos de cobre y una superficie rica en platino. Para ello, se sintetizan en una primera etapa nanopartículas de Cu por reducción de la sal precursora con hidracina en etilenglicol. Posteriormente el depósito superficial de Pt fue logrado espontáneamente por desplazamiento galvánico parcial de Cu al añadir ácido cloroplatínico. La composición volumétrica de los electrocatalizadores fue determinada por ICP-AES y microanálisis EDX, mientras que la composición superficial de los materiales fue determinada por XPS. Además, el tamaño y distribución de partículas fueron obtenidos a partir del análisis de imágenes TEM, mientras que la estructura fueestudiada por XRD. Las áreas superficiales electroactivas (ECSA) fueron estimadas a partir de la técnica de desorción oxidativa de CO. La actividad electrocatalítica de los diferentes electrodos en la oxidación de diferentesalcoholes (etanol, metanol y glicerol) en medio ácido y en medio alcalino, fue medida por medio de ensayos potenciodinámicos (voltamperometría cíclicas) y potenciostáticos (cronoamperomtería). El comportamiento electroquímico de los catalizadores sintetizados fue comparado con el de catalizador comercial PtRu/C que contiene un 30 % p/p de carga de metales nobles (20 % Pt y 10 % Ru). Se obtuvieron cuatro catalizadores con relaciones atómicas Pt:Cu de 1:3; 1:2,2; 1,6:1 y 3:1 con contenidos de Pt en carbón de entre 6 y 11 % p/p. Por TEM se observó que todos los catalizadores presentaron nanopartículas con diámetros entre 2,4 y 3,2 nm distribuidas homogéneamente sobre toda la superficie del material carbonoso. Mediante XRD y XPS se pudo confirmar que las nanopartículas presentan estructura pseudo core-shell, esto es nanopartículas constituidas por un núcleo de Cu rodeado por una película rica en Pt. Se determinaron áreas electroquímicamente activas en el rango de 80 a 120 m2 gPt-1 Este resultado indica que existe un elevado porcentaje de utilización del metal noble, es decir la mayoría del Pt depositado se encuentra en la superficie de las nanopartículas. Los estudios potenciodinámicos y potencioestáticos mostraron que los catalizadores Pt(Cu) con una composición intermedia (1:2,2 y 1,6:1) presentan actividades específicas superiores al material comercial. Por ejemplo, la actividad catalítica en la oxidación de etanol en medio ácido del catalizador Pt(Cu) 1,6:1 es diez veces mayor que la del sistema comercial. Un comportamiento similar es observado para la oxidación de los otros alcoholes tanto en medio ácido como en medio alcalino.