Caracterización Electroquímica de Nanotubos de Carbono Dopados con Nitrógeno

O. ORNELAS-DAVILA; J.M. SIEBEN; R. RUIZ-ROSAS; J. GENG

Madrid

Congreso; XII Reunión del Grupo Español del Carbón; 2013

Univ. Autonoma de Madrid y Univ. Politécnica de Madrid

La producción de energía mediante celdas de combustible de membrana polimérica a baja temperatura constituye una de las posibles estrategias para satisfacer la necesidad de desarrollar una industria energética y de locomoción independiente de los combustibles fósiles. Una de las áreas en las que se investiga dentro de esta aplicación es la búsqueda de materiales de elevada conductividad eléctrica y estables para la reacción catódica de reducción del oxígeno (ORR). Algunos de los nanomateriales de carbono propuestos cómo cátodos son los materiales de carbón mesoporosos ordenados, las nanofibras de carbón y los nanotubos de carbono (NTCs). Estos últimos ven mejoradas sus prestaciones cuando son preparados incorporando heteroátomos como nitrógeno, boro y azufre.Se han preparado nanotubos de carbono de pared múltiple dopados con nitrógeno (N-NTC) y sin dopar (NTC). Ambos tipos de nanotubos constan de un apilamiento de 4 a 8 láminas de grafeno según las micrografías TEM. Las muestras estudiadas se dispersaron en DMF y posteriormente se depositaron sobre un electrodo de carbón vítreo para su caracterización voltametrica en una celda electroquímica convencional de tres electrodos. Se determinó el valor de la doble capa y se comprobó la estabilidad de los electrodos abriendo la ventana de potencial en ambos sentidos. Se han caracterizado en medio ácido y en medio básico (0.5M H2SO4 y 0.1M KOH, respectivamente). La actividad catalítica frente a la reacción de reducción de oxigeno se estudió mediante un disco rotatorio en una disolución saturada de oxigeno.Los voltagramas obtenidos en ambos medios revelan un comportamiento principalmente capacitivo entre 0 y 1V. En el caso de los N-NTC se observa una contribución pseudofarádica a potenciales menos positivos en este rango de potenciales, especialmente en medio básico (Fig. 1). Tras ser sometidos a potenciales muy positivos en medio ácido (1.5V) se observan procesos farádicos como consecuencia de la oxidación de éstos. El mismo tratamiento en medio básico no produce una modificación importante en la forma del voltagrama indicándonos la mayor estabilidad de estos frente a la oxidación en este medio. Los valores de capacidad obtenidos son mayores que las reportadas por Ci et al., [3], , siendo mayores en medio básico para ambos tipos de nanotubos (Tabla 1). Dada la naturaleza básica de los grupos nitrogenados superficiales, la pseudocapacidad propia de estas especies se hace más notoria en medio básico para los N-NTC.En los estudios mediante voltametría lineal saturando la disolución con oxígeno, se observó el efecto catalítico de la presencia de nitrógeno, obteniéndose una disminución de potencial al que comienza la reducción de oxigeno para los N-NTC en medio 0.5M H2SO4 y 0.1M KOH, respectivamente.