Obtención de carbonos porosos dopados con N mediante síntesis por sales fundidas para la catálisis de la reacción de reducción de oxígeno

ESCOBAR MARTÍNEZ, LUIS MIGUEL ; PODETTI, FLORENCIA S.; MORALES, GUSTAVO M.; BALACH, JUAN

Rio Cuarto

Encuentro; XXI Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados; 2022

Universidad Nacional de Río Cuarto

En los últimos tiempos un gran número de estudios se han dedicado a la búsqueda de nuevos materiales electrocatalíticos para la reacción de reducción de oxígeno (RRO) que no contengan metales nobles o que por lo menos optimicen su eficiencia catalítica usando la menor cantidad posible de éstos [1]. Entre todos ellos, los nanomateriales de carbono han surgido como una nueva y prometedora clase de catalizadores libres de metales para la RRO, los cuales podrían reducir dramáticamente los costos de producción e incrementar la eficiencia en celdas de combustible y baterías de metal–aire. Los nanomateriales de carbono han sido usados ampliamente como soporte catalítico debido a su amplia disponibilidad, aceptable compatibilidad medioambiental, alta resistencia a la corrosión, excelente conductividad eléctrica y propiedades físicas modificables (ej.: área superficial, tamaño de poro, volumen de poro). Se ha demostrado que nanoestructuras de carbono dopados con nitrógeno pueden ser sumamente eficaces como electrocatalizadores libres de metales para la RRO en celdas de combustible [2], extendiendo así la biblioteca de posibles materiales para ser usados como catalizadores para la RRO. En este trabajo, se sintetizaron nanopartículas esféricas de carbono dopado con N (N-NEC) mediante la condensación directa de guanina en presencia de una mezcla eutéctica de sales inorgánicas fundidas como template y agente porogeno (Figura 1).Para la síntesis de los materiales se realizó una molienda hasta formar una pasta homogénea utilizando distintas cantidades de la mezcla NaCl y ZnCl2 (relación 1:1 en peso) y guanina. Luego, las muestras se carbonizaron a 800°C en una atmosfera inerte de argón y se lavaron repetidamente con una disolución de HCl 1M y agua destilada. El desempeño electroquímico frente a la RRO se estudió utilizando un electrodo de disco rotatorio. Los materiales mostraron una notable actividad para la RRO en términos de potenciales de inicio y densidad de corriente. En la Figura 2 se muestran las curvas de voltamperometría de barrido lineal (LSV) medidas en electrolito saturado con Ar (curva negra) y en el electrolito saturado con O2 (curva azul) a 1500 rpm obtenidas para uno de los materiales. La respuesta es típica de un catalizador de carbono poroso con un fuerte aumento en la densidad de corriente por debajo de 0,5 V frente a Hg/Hg2SO4.