Generación de Nuevos Catalizadores de Bajo Costo: Empleo de Biocarbón derivado de Yerba Mate combinado con Nanomateriales de Óxidos Metálicos

BERNASSANI FLORENCIA; CÁCERES-WENZEL, MARCELA I.; GOMEZ-DELGADO EDWARD; FIGUEREDO FEDERICO; NUNES GISEL ; FUCHS, JULIO S.; GONZALEZ-PABÓN MARIA JESUS; CUCKERMAN ANA LEA ; BONELLI PABLO; CORTÓN EDUARDO

Mar del Plata

Congreso; 20º Congreso Internacional de Metalurgia y Materiales SAM-CONAMET 2022; 2022

Asociación Argentina de Materiales

La aplicabilidad de sistemas bioelectroquímicos (BEs) como sistemas generadores deelectricidad presenta grandes inconvenientes relacionados con los costos de producción de suscomponentes como también de su respectivo tratamiento y disposición final. Una opciónprometedora está basada en la implementación de biocarbón como reemplazo de otros materialescarbonosos ampliamente utilizados (negro de humo, grafito).Estos nuevos materiales son residuos pirolizados ricos en carbono que pueden ser derivados de laindustria de los alimentos y agrícola (palo de yerba mate, cascara de maní, entre otros); con unproceso adecuado de “quema” y posteriores tratamientos físicos y/o químicos el biocarbón puedellegar a ser una opción sustentable y amigable con el ambiente. Estos materiales tienen unapotencial aplicación en diversos elementos de BEs, ya sea como material de electrodos,membranas, mediadores, entre otros. Incluso en conjunto con catalizadores non-Pt, como óxidosmetálicos, constituyen una alternativa interesante para la fabricación de cátodos de (bio) celdasde combustible.Teniendo en cuenta que la Argentina encabeza la producción mundial de yerba mate (>280000toneladas anuales) y que en el proceso industrial el palo de yerba es removido en un granporcentaje del producto final, se ha evidenciado la importancia de la utilización de biocarbónderivado de la yerba mate para incluirlo en BEs de modo de disminuir los costos de fabricación deestos sistemas energéticos. Por ello se plantearon los siguientes objetivos: 1) Caracterizacióntopográfica y electroquímica de biocarbón activado proveniente de palo de yerba mate (Ilexparaguariensis) como material de electrodo, específicamente como catalizadores de la reacciónde reducción del oxígeno (ORR). 2) Síntesis e incorporación de nanohilos de MnO o nanoflores 2de NiO sintetizados al sistema como catalizador en reemplazo de materiales nobles.El biocarbón fue caracterizado mediante la técnica de SEM y XPS. Los nanohilos de MnO2fueron sintetizados por oxidación hidrotermal de MnSO con K S O [1], mientras que las 4 2 2 8nanoflores de NiO fueron obtenidas a partir de la precipitación de NiCl en medio básico [2]. La 3morfología nanométrica y la fase cristalina fueron confirmadas mediante mediante SEM y DRX.Para la caracterización electroquímica se empleó la técnica de voltametría cíclica en presencia yausencia de O a pH 7. El electrodo de trabajo fue preparado por la técnica de dropcast sobre 2electrodos de carbón vítreo y se utilizaron tintas de biocarbón, nanomateriales y C/Pt al 10%como control.El biocarbón demostró tener una superficie porosa e irregular y mediante XPS se observó granproporción de C reducido y grafítico, nitrógeno asociado a grupos pirrólicos y presencia dehierro. La caracterización electroquímica demostró que la superficie de biocarbón es reactiva aloxígeno promoviendo su reducción a potenciales más cercanos a cero (E = -0,12 ± 0,03 V vs pAg/AgCl ) a los observados en los ensayos control (E = -0,21 ± 0,02 V vs Ag/AgCl ). La corriente de pico es similar a lo observado en los controles con Pt. Si bien la reducción del oxígeno ocurre sobre materiales carbonosos a potenciales muy elevados, en este caso se vio que la reducción a potenciales mucho menores que podría estar relacionado con la presencia de N aromáticos y metales presentes en el residuo biomásico. Aunque el sistema demuestra ser eficaz, se estudiará la incorporación de los nanohilos de MnO o nanoflores de NiO, que junto al biocarbón se espera que se facilite la ORR. De esta manera se obtendrían catalizadores de bajo costo y amigables con el ambiente, lo cual estimula futuras investigaciones y desarrollos tecnológicos.