In situ estudios anómalos de dispersión de rayos X de ángulo pequeño de la degradación del electrocatalizador de la...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La electroquímica es electroquímica.
• Nanotecnología La nanotecnología es la nanotecnología.

Sus antecedentes:

• Las pilas de combustible de electrolitos poliméricos (PEFC) ofrecen una alta eficiencia, pero sufren la degradación de los electrocatalisadores, lo que dificulta su adopción generalizada, especialmente en aplicaciones automotrices.
• La pérdida de área de superficie electroquímica activa (ECA) en los electrocatalizadores de nanopartículas de platino (Pt) es una de las principales causas de la disminución del rendimiento de PEFC.
• Los estudios ex situ existentes proporcionan una comprensión limitada de los mecanismos in situ que rigen la degradación del catalizador en condiciones de funcionamiento.

Objetivo del estudio:

• Para dilucidar los mecanismos de degradación de las nanopartículas de Pt y su coarsening en ambientes acuosos ácidos durante el ciclo potencial.
• Investigar la relación entre la formación de óxidos, el crecimiento de partículas y la pérdida de ECA en electrocatalizadores PEFC.
• Establecer una correlación entre las condiciones de funcionamiento, específicamente los perfiles potenciales, y la estabilidad del catalizador.

Principales métodos:

• La dispersión anómala de rayos X de ángulo pequeño in situ (ASAXS) se empleó para monitorear dinámicamente las distribuciones de tamaño de nanopartículas Pt (PSD) durante el ciclo potencial.
• Las coberturas de óxidos se calcularon y se determinaron experimentalmente utilizando métodos voltamétricos.
• El análisis de los patrones de ASAXS proporcionó datos en tiempo real sobre el tamaño de las partículas, el diámetro medio y los cambios en la superficie geométrica.

Principales resultados:

• El mecanismo dominante para la pérdida de área de superficie de Pt dentro de los primeros 80 ciclos potenciales (1.0-1.1 V) fue la disolución preferencial de nanopartículas de Pt más pequeñas.
• La precipitación de las especies de Pt disueltas en las partículas existentes contribuyó al crecimiento de las partículas, con el grado que varía en función del perfil potencial.
• Se observó una fuerte correlación entre las coberturas de óxido calculadas/determinadas y la extensión del crecimiento de nanopartículas Pt y la pérdida de ECA.

Conclusiones:

• La cobertura de óxido juega un papel crítico en la disolución de las nanopartículas Pt y el posterior coarsecimiento de las partículas, lo que afecta directamente a la ECA.
• Comprender la influencia de la cobertura de óxidos permite predecir y mitigar la pérdida de rendimiento asociada con varios protocolos de ciclo de voltaje en PEFC.
• Esta investigación proporciona información crucial sobre la degradación del catalizador, allanando el camino para PEFC más duraderos y rentables.