Ajuste de la actividad de la reacción de reducción de oxígeno electrocatalítico y la estabilidad de las...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• Las nanopartículas octaédricas de aleación de platino y níquel (Pt-Ni) controladas por la forma son prometedoras como catalizadores de cátodo para pilas de combustible debido a su alta actividad en la reacción de reducción de oxígeno (ORR).
• Optimizar el rendimiento catalítico y la estabilidad de estos nano-octaedros de Pt-Ni requiere comprender y controlar los efectos de los tratamientos térmicos posteriores a la síntesis en su estructura y composición superficial.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar los procesos químicos superficiales que se producen durante los tratamientos térmicos posteriores a la síntesis de las nanopartículas de aleación Pt-Ni.
• Establecer una correlación fundamental entre la temperatura de recocido, la estructura de la superficie y la actividad catalítica/estabilidad de ORR.

Principales métodos:

• Se utilizó una combinación de microscopía electrónica de transmisión in situ (TEM), difracción de rayos X in situ (XRD) y espectroscopia infrarroja transformada de Fourier electroquímica in situ (FTIR).
• Se utiliza microscopía electrónica de transmisión de barrido corregida por aberración (STEM) con espectroscopia de rayos X dispersiva de energía (EDX).
• Realización de experimentos de extracción electroquímica de CO in situ y FTIR para analizar los dominios superficiales y las energías de absorción química.

Principales resultados:

• Se logró un aumento significativo de la actividad ORR (aproximadamente 25 veces superior a la Pt/C comercial) después del recocido a 300 °C.
• Se observó una estabilidad electroquímica máxima después de tratamientos térmicos más severos a 500 °C.
• El análisis detallado reveló diferencias en los dominios superficiales ricos en Pt y ricos en Ni en las facetas 111, con un recocido óptimo que conduce a un enriquecimiento de Pt equilibrado.

Conclusiones:

• El tratamiento térmico posterior a la síntesis es crucial para optimizar el rendimiento ORR de los nanocatalizadores de aleación Pt-Ni.
• El enriquecimiento superficial equilibrado de Pt obtenido mediante recocido controlado a 300 °C maximiza la actividad catalítica.
• Los hallazgos proporcionan información general para el desarrollo de estrategias de tratamiento térmico para otros nanocatalizadores de aleación.