Síntesis y propiedades de electrodos de níquel/grafeno para generación de hidrógeno

Abstract

El empleo de nanomateriales, por ejemplo el óxido de grafeno (GO), como bloques para la síntesis de materiales híbridos, ha sido ampliamente estudiado durante los últimos años. En este trabajo se presenta un método simple y reproducible para la síntesis de electrodos híbridos de níquel/grafeno. Este método consiste en la modificación de un baño de electrodeposición convencional mediante la incorporación de escamas de GO, por lo que la síntesis puede ser industrialmente escalable.El catalizador sintetizado fue caracterizado estructural y electroquímicamente. Los estudios de XRD no muestran cambios apreciables en el parámetro de red, aunque se observa una disminución en la relación de planos (200)/(111) relacionado con un aumento en la estabilidad del catalizador. Los espectros Raman muestran las bandas características de GO reducido en la matriz del catalizador. Asimismo, la formación de hidruros de níquel en el catalizador níquel/grafeno no es observada, a diferencia del electrodo de níquel puro.La cinética de la reacción de desprendimiento de hidrógeno (HER) se estudió en ambos catalizadores, níquel convencional y níquel/grafeno, encontrando cambios en la actividad. Debido a que la presencia de GO en la matriz de Ni inhibe la hidruración del níquel, el catalizador híbrido presenta una mayor actividad catalítica hacia la HER.

The use of nanomaterials, such graphene oxide (GO), as blocks for the synthesis of hybrid materials has been extensively studied in recent years. In this paper a simple and reproducible method for the synthesis of hybrid nickel/graphene electrodes is presented. This method involves the modification of a conventional electroplating nickel bath by incorporating graphene oxide flakes, so the synthesis can be industrially scalable. The synthesized catalyst was structurally and electrochemically characterized. The XRD studies show no appreciable change in the lattice parameter, but a decrease is observed in the relationship between (200)/(111) planes related to an increase in catalyst stability. Raman spectra show the characteristic reduced GO bands on the catalyst matrix. Also, the formation of nickel hydrides in the nickel/graphene catalyst is not observed, unlike the pure nickel electrode. The kinetics of hydrogen evolution reaction (HER) was studied in both, conventional nickel and nickel/graphene catalysts, finding changes in activity. The hybrid catalyst has a higher catalytic activity towards the HER and the presence of GO in the Ni matrix inhibits the nickel hydride formation with the consequent loss of catalytic activity.