Estudio teórico del 'spillover' en la reacción de oxidación de hidrógeno

C.A. MAROZZI; A.C. CHIALVO; M.R. GENNERO DE CHIALVO

Tucuman

Congreso; XXI Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2019

AAIFQ

La reacción de oxidación de hidrógeno tiene mucha importancia tecnológica, debido a su uso como reacción anódica en distintos tipos de celdas de combustible, por lo cual está bajo extensa investigación. Se ha afirmado que el uso de dos metales en el ánodo (por ejemplo, nanopartículas de un cierto metal sobre un sustrato de otro metal diferente) puede conducir a una mejora de la cinética global de la reacción, originada en el fenómeno del ?spillover? del hidrógeno adsorbido (Had), difundiendo superficialmente desde un metal hacia el otro. En este trabajo se ha tratado de verificar esta afirmación, estudiando teóricamente la reacción sobre un electrodo de disco rotatorio, constituido por dos materiales diferentes, con un disco central de un primer material, rodeado de un anillo circular de un segundo material diferente, ambos en contacto a través de la circunferencia de separación. Se plantearon las ecuaciones de transporte de masa del H2(dis) en la solución electrolítica, se expresó la cinética de la reacción sobre cada material del disco rotatorio con el mecanismo de Volmer-Heyrovsky-Tafel y se incluyó el ?spillover? del Had desde un material hacia otro, cuantificándolo por medio de su velocidad de equilibrio. El conjunto de ecuaciones resultante se resolvió numéricamente, despreciando la difusión radial del H2(dis) y considerando al cubrimiento superficial del Had sobre cada material como uniforme. Los parámetros del transporte de masa en la solución se mantuvieron constantes, pero se variaron en un amplio rango los parámetros cinéticos de la reacción sobre cada material y la velocidad del equilibrio del ?spillover?.La resolución numérica del sistema de ecuaciones permitió obtener las dependencias de estado estacionario del perfil de concentración del H2(dis) en la solución, del cubrimiento superficial del Had y de la densidad de corriente (j) sobre cada material del disco rotatorio y de la corriente total (I) del electrodo, todo en función del sobrepotencial. Se encontraron resultados muy interesantes, como por ejemplo que j sobre alguno de los dos materiales puede superar el valor de la densidad de corriente límite difusional, debido al aporte del Had por el ?spillover? desde el otro material. En algunos casos, la I del electrodo no se modificó con la variación de la velocidad del ?spillover?. Por el contrario, hubo otros casos donde esta difusión superficial contribuyó a incrementar la I del electrodo, verificando así la influencia beneficiosa de este fenómeno en la performance de la reacción de oxidación de hidrógeno.