Caracterización de electrocatalizadores de platino con orientación cristalográfica preferencial para celdas de combustible de hidrógeno/oxígeno

RAMOS SILVINA GABRIELA; MORENO SERGIO; ANDREASEN GUSTAVO; TRIACA WALTER

Salta

Congreso; XVI Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2009

Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica

La optimización de los procesos de conversión electroquímica de energía requiere el desarrollo de electrocatalizadores adecuados que permitan minimizar las pérdidas de energía asociadas a las reacciones electródicas involucradas. Una de las principales limitaciones en las celdas de combustible de hidrógeno/oxígeno que operan a bajas temperaturas está asociada a la cinética lenta de la reacción de electrorreducción de oxígeno. De ahí la necesidad de desarrollar electrocatalizadores con estructura superficial selectiva para que la reacción catódica ocurra a velocidad y eficiencias máximas. En este trabajo se presenta el diseño y preparación de catalizadores de Pt facetados soportados sobre sustratos de carbón de alta área superficial para ser utilizados en celdas de combustible PEM, empleando la técnica de electrólisis pulsante. Como soporte se emplearon sustratos de carbón/teflón de alta área específica. Las cristalitas de Pt se depositaron sobre los sustratos inmersos en solución 0.04 M H2PtCl6.6H2O (A.C.S. reagent, Aldrich Chem Co.) + 1.1 M HCl (p.a. Merck) a 25°C por aplicación de una onda cuadrada de potencial repetitiva a frecuencia constante. El desarrollo de facetados con orientación cristalográfica preferencial de las cristalitas de Pt se siguió a través de los cambios en la altura relativa de los picos de corriente voltamperométricos para los átomos de hidrógeno débilmente y fuertemente adsorbidos en solución 0.5 M H2SO4 a 25 °C. La estructura superficial y morfología de los catalizadores de Pt fueron estudiadas a través de las técnicas XRD, SEM, TEM y STM. Los estudios de caracterización de los catalizadores dispersados revelan la presencia de cristalitas de Pt altamente facetadas con orientación cristalográfica preferencial (111). Se evaluaron los efectos de las cristalitas de Pt facetadas tipo (111) incorporadas en los electrodos de difusión de gas sobre el comportamiento de la celda de combustible PEM de hidrógeno/oxígeno. La curva densidad de corriente-potencial para una celda de combustible unitaria PEM de hidrógeno/oxígeno a 60 °C y 1 atm de presión de reactivos con cristalitas facetadas de Pt como catalizador muestra que su comportamiento en operación para la reacción de electrorreducción de oxígeno en medio ácido, es significativamente más alta que la observada con una celda con catalizadores de Pt policristalinos altamente dispersados sobre soportes carbonosos. La mejora en el comportamiento de la celda se debe a la presencia de cristalitas de Pt facetadas tipo (111) en el cátodo de la celda de combustible, lo cual favorece la ruta de cuatro electrones en el proceso total de electroreducción de oxígeno, a través de la disminución del efecto de bloqueo de la superficie del electrodo por intermediarios peroxídicos producidos durante el proceso.