Conocimientos mecánicos in situ para la reacción de reducción de oxígeno en un catalizador intermetálico ordenado...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Las pilas de combustible alcalinas enfrentan limitaciones debido a la cinética lenta de la reacción de reducción de oxígeno (ORR).
• Los catalizadores de platino (Pt), aunque activos, sufren de baja estabilidad y cinética lenta en medios alcalinos.
• Los catalizadores de sustitución de Pt existentes a menudo carecen de estabilidad a largo plazo.

Objetivo del estudio:

• Para diseñar una estructura intermetálica ordenada y altamente estable, Pd₂Ge.
• Mejorar el entorno electrónico de los sitios activos mediante la sustitución selectiva de Pt.
• Para superar las limitaciones cinéticas del ORR alcalino.

Principales métodos:

• Síntesis y caracterización del compuesto intermetálico Pt_0.2Pd_1.8Ge.
• Evaluación electroquímica que incluye mediciones del potencial de media onda (E_1/2) y de la actividad de masa (MA).
• Pruebas de degradación acelerada (ADT) y experimentos con electrodos de anillo y disco rotativos (RRDE).
• Espectroscopia de transformación de Fourier infrarroja (FTIR) in situ, espectroscopia de absorción de rayos X (XAS) y espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) para conocimientos mecanicistas.

Principales resultados:

• Pt_0.2Pd_1.8 Ge exhibió un alto potencial de media onda (E_1/2) de 0.95 V frente a RHE, superando el 20% Pt/C comercial.
• La actividad de masa (MA) de Pt_0.2Pd_1.8Ge fue 3,2 veces mayor que Pt/C (320 mA/mg_Pt).
• El catalizador mantuvo su rendimiento después de 50.000 ciclos ADT, demostrando una estabilidad excepcional.
• Los análisis RRDE y espectroscópicos confirmaron una vía 2e suprimida, minimizando la producción de peróxido de hidrógeno (H2O2) y promoviendo la transferencia de 4e.

Conclusiones:

• La sustitución selectiva de Pt en Pd₂Ge crea un catalizador ORR altamente activo y estable para las pilas de combustible alcalinas.
• Pt_0.2Pd_1.8Ge ofrece una alternativa prometedora a los catalizadores convencionales basados en Pt.
• La estabilidad y actividad mejoradas se atribuyen a modificaciones favorables de la estructura electrónica y a la formación suprimida de H2O2.