Catalizadores para celdas de combustible de metanol directo

Resumo

La presente Tesis Doctoral se ha centrado en el estudio de diferentes metodologías de síntesis de catalizadores de Pt-Ru soportados sobre nanofibras de carbón tratadas químicamente, pudiendo involucrar la utilización de agentes encapsulantes, con una carga metálica del 20 % y una proporción atómica Pt:Ru 1:1. El objetivo ha sido identificar la influencia del método de síntesis en las propiedades y la eficiencia catalítica de los materiales sintetizados. Las metodologías de síntesis empleadas fueron las siguientes: (1) síntesis por reducción con borohidruro de sodio, (2) síntesis por reducción con iones formiato, (3) síntesis por reducción con metanol, (4) síntesis por reducción con borohidruro de sodio en presencia de un surfactante (método micelar), (5) síntesis por reducción con borohidruro de sodio en presencia de un sistema ternario líquido (método de las microemulsiones) y (6) síntesis en presencia de dendrímeros de diferentes generaciones. Posteriormente, se seleccionó el método de reducción con iones formiato para sintetizar catalizadores soportados sobre xerogeles de carbono y carbones mesoporosos ordenados CMK-3. Los catalizadores fueron caracterizados por diferentes técnicas físicas de rayos X y de microscopía (EDX, XRD, TEM, XPS) y electroquímicas (voltamperometría cíclica, cronoamperometría, DEMS y tests en monocelda de combustible de metanol directo) con el fin de evaluar el efecto del procedimiento de preparación sobre las características físicas y electroquímicas del material sintetizado. Los resultados obtenidos muestran que es posible sintetizar catalizadores de Pt-Ru con la carga y proporción indicadas con todas las metodologías de síntesis, obteniendo tamaños de nanocristalita cercanos a 3,5 nm. La oxidación electroquímica del CO sobre los diferentes catalizadores mostró un desplazamiento del potencial de pico de oxidación hacia valores más negativos, comparado con el observado sobre electrodos de Pt soportados. Al investigar la oxidación electroquímica del metanol se pudo apreciar que los materiales obtenidos por el método de reducción con iones formiato son los que dan lugar a densidades de corriente mayores. Con todos los catalizadores se realizaron estudios con la temperatura que permitieron calcular las energías de activación de estas reacciones de oxidación y obtener información sobre su mecanismo. En los tests en monocelda de metanol se obtuvieron densidades de corriente y de potencia similares a las reportadas en la bibliografía considerando que la carga metálica es baja, lo cual nos permite proponer los catalizadores sintetizados como materiales idóneos para su utilización como ánodos en celdas de combustible de metanol directo.