Catalizadores basados en Ru de alta tolerancia al CO mediante la construcción de una capa de bloqueo de óxidos

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• El envenenamiento por monóxido de carbono (CO) limita gravemente el rendimiento y la durabilidad de los catalizadores metálicos del grupo platino, especialmente en las células de combustible de membrana de intercambio de protones durante las reacciones de oxidación de hidrógeno.
• El desarrollo de electrocatalizadores tolerantes al CO es crucial para avanzar en la tecnología de pilas de combustible y permitir su adopción generalizada.

Objetivo del estudio:

• Diseñar e investigar un nuevo catalizador con mayor tolerancia al envenenamiento por CO para la electrooxidación del hidrógeno.
• Aclarar el mecanismo detrás de la tolerancia al CO observada en el nuevo sistema catalizador.

Principales métodos:

• Síntesis de nanopartículas de rutenio recubiertas con óxido de rutenio apoyadas en dióxido de titanio (Ru@RuO2/TiO2).
• Pruebas electroquímicas mediante electrodo de disco giratorio (RDE) para evaluar la actividad de electrooxidación del hidrógeno y la tolerancia al CO.
• Pruebas de estabilidad en un entorno de 1% de CO/H2 durante períodos prolongados.
• Simulaciones de dinámica molecular (AIMD) para comprender el comportamiento de adsorción y difusión de CO a nivel atómico.

Principales resultados:

• El catalizador Ru@RuO2/TiO2 exhibió una tolerancia de CO al 1-3% de CO, una mejora de aproximadamente dos órdenes de magnitud en comparación con los catalizadores tradicionales de PtRu/C.
• El catalizador demostró un funcionamiento estable en 1% de CO/H2 durante 50 horas, con aproximadamente el 20% de los sitios activos que permanecen funcionales incluso en CO puro.
• Las simulaciones de AIMD revelaron que una cubierta de óxido metálico hidratado bloquea efectivamente la adsorción de CO, en lugar de promover la oxidación de CO, suprimiendo la difusión y adsorción de CO a través del agua confinada.

Conclusiones:

• El catalizador Ru@RuO2/TiO2 ofrece un avance significativo en la tolerancia al CO para la electrooxidación del hidrógeno.
• El mecanismo de tolerancia al CO se atribuye a una capa de bloqueo de óxido, no a una actividad bifuncional.
• Este enfoque de capa de bloqueo de óxidos ofrece una estrategia prometedora para el diseño de electrocatalizadores de próxima generación altamente tolerantes al CO para aplicaciones de celdas de combustible.