Efecto del dopado con P en nanopartículas PtNi soportadas sobre carbon vulcan para la electro-oxidación de alcoholes

Abstract

Las pilas de combustible son ampliamente reconocidas como una alternativa muy atractiva para la obtención eficiente de energía eléctrica a partir de una reacción química. En especial, las celdas de combustible de baja temperatura alimentadas con alcoholes presentan una gran potencialidad para la alimentación de dispositivos de baja potencia y como fuentes secundarias de alimentación de energía eléctrica. En particular el uso de etanol como combustible es interesante porque proporciona una densidad de energía volumétrica cercana a la de la nafta, no es tóxico y principalmente puede obtenerse de la fermentación de biomasa. Este trabajo fue enfocado en la evaluación de la actividad catalítica de sistemas PtNi/C y PtNiP/C con diferentes composiciones atómicas y bajo contenido de Pt para la electrooxidación de etanol (EtOH) y etilenglicol (EG) en medio alcalino. Los electrocatalizadores soportados fueron sintetizados por reducción química de las sales precursoras de Pt, Ni y P con NaBH4 a temperatura ambiente y luego fueron caracterizados por microscopia de transmisión electrónica de alta resolución (HR-TEM), difracción de rayos X (XRD), espectroscopia de emisión atómica por plasma acoplado inductivamente (ICP-AES), microanálisis por dispersión de energías de rayos X (EDX) y diferentes técnicas electroquímicas convencionales. El comportamiento electrocatalítico de los diferentes materiales fue evaluado empleando voltamperometría cíclica (CV) y cronoamperometría (CA) en soluciones acuosas 1 M EtOH y 1 M EG en medio alcalino (0,1 M NaOH). Ensayos de XRD y de TEM revelaron que los catalizadores PtNi dopados con P poseen una estructura más amorfa y menor tamaño de partícula comparado con el catalizador sin P. Los experimentos electroquímicos mostraron que los catalizadores bimetálicos PtNi dopados con P presentan un potencial de inicio de reacción más negativo y actividades catalíticas para la oxidación de EtOH y EG entre 2 y 10 veces más elevadas que las desarrolladas por el catalizador sin dopar. Se pudo inferir que la mejora en la actividad catalítica como consecuencia del dopado con P es debida, por un lado a un aumento en el área electroactiva como consecuencia de la reducción en el tamaño de partícula y por el otro a efectos electrónicos y estructurales inducidos por la presencia del fósforo intercalado dentro de la estructura de las partículas bimetálicas PtNi.