Nitruro de metal de transición recubierto con capas atómicas de Pt como electrocatalisador de bajo costo y altamente...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Las células de combustible de membrana de electrolito de polímero (PEMFC) enfrentan obstáculos de comercialización debido a los altos costos de platino (Pt), la degradación del catalizador y la corrosión del soporte de carbono.
• El desarrollo de electrocatalizadores eficientes y duraderos es crucial para el avance de la tecnología PEMFC.
• Los nitritos de metales de transición ofrecen una alternativa prometedora debido a sus propiedades sintonizables y su potencial para soportes libres de carbono.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un nuevo catalizador de bajo contenido de platino para la reacción de reducción de oxígeno (ORR) en PEMFC.
• Investigar el rendimiento y la durabilidad de Pt en nanopartículas de nitruro binario de níquel de titanio.
• Para abordar los desafíos de la alta carga de Pt, la degradación del catalizador y la corrosión del soporte de carbono en los PEMFC.

Principales métodos:

• Síntesis de un nuevo catalizador mediante el depósito de átomos de platino de pocas capas en nanopartículas de nitruro binario de níquel de titanio.
• Caracterización electroquímica para evaluar el rendimiento del catalizador para la reacción de reducción de oxígeno (ORR).
• Pruebas de degradación acelerada (10.000 ciclos potenciales) y microscopía electrónica de transmisión (TEM) para evaluar la estabilidad y la integridad estructural.

Principales resultados:

• El nuevo catalizador demostró un aumento del > 400% en la actividad de masa y un aumento del > 200% en la actividad específica para el ORR en comparación con el Pt/C comercial.
• El catalizador exhibió una excelente estabilidad y durabilidad, con una pérdida mínima de rendimiento después de 10.000 ciclos potenciales.
• El análisis TEM confirmó la integridad estructural del catalizador después de la prueba, atribuida a la dispersión ultra alta de Pt y al robusto soporte de TiNiN.

Conclusiones:

• El catalizador de bajo Pt desarrollado en soporte de TiNiN ofrece una actividad ORR superior y durabilidad para los PEMFC.
• La dispersión ultra alta de Pt y los efectos sinérgicos con el soporte de TiNiN son clave para mejorar el rendimiento del catalizador.
• Este diseño de catalizador sin carbono presenta una estrategia viable para reducir los costos y mejorar la viabilidad comercial de la tecnología de pilas de combustible.