Diseño de electrocatalizadores PtM/C (M = Au, Ru, Co) para la reacción de electroreducción de O2 relevancia en las pilas de combustible poliméricas alimentadas por H2 y MeOH

Resumen

En esta tesis se ha estudiado la reacción de reducción de oxígeno (ORR) en medio ácido sobre diferentes catalizadores. Además, se ha estudiado el efecto de la adición de metanol en dicha reacción. La reacción de reducción de oxígeno posee una cinética muy lenta, lo cual limita la eficiencia de las pilas de combustible tipo PEM. A pesar de que los electrocatalizadores Pt/C son actualmente los más utilizados como cátodos en este tipo de pilas debido a su elevada actividad intrínseca y estabilidad en medio ácido, se hace necesario desarrollar materiales más activos, selectivos y más baratos para la reducción de oxígeno. Los catalizadores utilizados en la ORR en pilas tipo PEM con alimentación directa de metanol (DMFC) deberán ser además tolerantes a dicho alcohol debido al paso de éste desde el ánodo hasta el cátodo (cross-over), lo cual provoca un potencial mixto haciendo que el rendimiento global de la pila de combustible disminuya. Los catalizadores sintetizados fueron tanto aleaciones bi PtM (M = Co, Au) y trimétalicas PtMM (M = Co, Ru), como materiales monometálicos de Pt soportados sobre carbono Vulcan XC 72 R y nanotubos de carbono de pared múltiple MWCNT. La caracterización físico-química de los materiales preparados incluyó, entre otras técnicas, fluorescencia de rayos X por reflexión total, difracción de rayos X, espectroscopía fotoelectrónica de rayos X, microscopía electrónica de transmisión, análisis de los gases desprendidos por espectrometría de masas o reducción a temperatura programada. La caracterización electroquímica de los electrodos se llevo a cabo mediante voltamperometría cíclica y voltamperometría lineal con electrodo de disco rotatorio, lo cual permitió determinar el área activa del electrodo y calcular importantes parámetros cinéticos de la ORR. También se emplearon técnicas in situ como la espectrometría de masas acoplada a una celda electroquímica (DEMS). La actividad catalítica de los mejores electrocatalizadores fue evaluada en una monocelda tipo PEM con alimentación H2 /O2 y CH3OH/O2