PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE CATALIZADORES TIPO “CORESHELL” PARA LA ELECTRO-OXIDACIÓN DE ALCOHOLES

J.M. SIEBEN; V. COMIGNANI; M.M.E. DUARTE

Rosario, Santa Fe

Congreso; XVIII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2013

Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica

Introducción: El desarrollo actual de las pilas de combustible de baja temperatura alimentadas con combustibles líquidos (metanol, etanol y etilenglicol) se encuentra limitado principalmente por la baja selectividad de los catalizadores para convertir al reactivo en CO2 y agua. El sistema Pt-Ru es el catalizador clásico, pero su actividad debería mejorarse, además de reducirse la cantidad total de ambos metales dado su lto costo y escasez. Por ese motivo, la combinación de los metales nobles con otros metales de menor costo, parece ser el siguiente paso evolutivo en el desarrollo de catalizadores eficientes y selectivos. Recientemente, se han explorado diferentes métodos de  síntesis para obtener nuevos tipos de nanoestructuras multimetálicas utilizando técnicas como el reemplazo galvánico o la deposición de capas atómicas. La producción de catalizadores por estas técnicas da lugar a la formación de estructuras tipo “core-shell” con un núcleo constituido por un metal no noble (Cu, Sn, Co, Ni, etc.) rodeado por una monocapa o unas pocas capas de Pt y Ru. En consecuencia, esta aproximación permite obtener catalizadores muy activos con un contenido de Pt muy bajo.Objetivos: En el presente trabajo se describe la preparación y caracterización de catalizadores trimetálicos del tipo core-shell (Pt-Ru@Me/C) soportados sobre carbón Vulcan XC72-R para la electro-oxidación de alcoholes (MeOH, EtOH y EG) en medio ácido. Los catalizadores son sintetizados por desplazamiento galvánico de un metal menos noble (Cu, Sn, Ni y Co) por platino y rutenio, mientras que la actividad catalítica de los sistemas preparados es evaluada por medio de técnicas electroquímicas convencionales como voltametría cíclica y cronoamperometría.Resultados: El procedimiento de síntesis permite obtener catalizadores trimetálicos con contenidos de Pt y Ru de entre 10 y 50 % at., dependiendo de la naturaleza del metal menos noble utilizado para la preparación del catalizador core-shell. Las imágenes TEM de los diferentes materiales muestran que los catalizadores se encuentran principalmente conformados por partículas irregulares de entre 3 y 5 nm distribuidas uniformemente sobre la superficie del sustrato carbonoso, presentando características similares a las observadas en un catalizador comercial. Ensayos electroquímicos muestran que la actividad catalítica para la oxidación de metanol (1 M MeOH/0,5 M H2SO4) de los sistemas Pt-Ru@Me/C es mayor que la de un catalizador comercial Pt-Ru/C con mayor contenido de Pt. Por ejemplo, se ha determinado que la actividad medida por voltametría cíclica de un catalizador Pt-Ru@Cu/C (3 wt. % Pt) es de 173 mA mg-1 PtRu mientras que la del catalizador comercial es de 160 mA mg-1 Pt-Ru (20 wt. % Pt). Conclusiones: Se han sintetizado satisfactoriamente catalizadores trimetálicos de tipo core-shell de diferente composición. Los ensayos electroquímicos realizados indican que los catalizadores sintetizados presentan una buena actividad catalítica para la oxidación de MeOH, EtOH y EG con concentraciones de platino menores a las utilizadas en sistemas comerciales.