Platino-plomo-bismuto/núcleo de platino-bismuto/placa de caparazón logra una vía de deshidrogenación completa para la...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• El desarrollo de catalizadores eficientes para la reacción de oxidación del ácido fórmico (FAOR) es crucial para las pilas de combustible directas de ácido fórmico (DFAFC).
• El logro de una alta actividad y selectividad hacia la vía de deshidrogenación directa sigue siendo un desafío importante para los catalizadores a base de platino (Pt).
• El envenenamiento por CO y la baja selectividad dificultan el rendimiento de los catalizadores FAOR actuales.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar nuevos nanoplacas de núcleo/capa basadas en Pt para mejorar el FAOR.
• Investigar la actividad catalítica, la selectividad y la durabilidad de estos nuevos catalizadores en un conjunto de electrodos de membrana (MEA).
• Aclarar la relación estructura-actividad y el mecanismo detrás de la mejora del rendimiento.

Principales métodos:

• Síntesis de nanoplacas PtPbBi/PtBi de núcleo o de caparazón con superficie desigual (NPs).
• Caracterización electroquímica, incluida la voltametría cíclica y la cronoamperometría.
• Espectroscopia de transformación de Fourier in situ (FTIR) y espectroscopia de absorción de rayos X (XAS) para estudios mecanicistas.
• Prueba en un único dispositivo de pila de combustible de ácido fórmico directo (DFAFC).

Principales resultados:

• Las PtPbBi/PtBi NP exhibieron actividades específicas y de masa sin precedentes (25,1 mA cm−2 y 7,4 A mgPt−1), superando significativamente las Pt/C comerciales.
• Los catalizadores demostraron una alta selectividad para la vía de deshidrogenación directa con una débil adsorción de CO.
• Se logró una densidad de potencia máxima de 161,5 mW cm-2 en un DFAFC, con una buena estabilidad durante 10 horas.
• Los estudios espectroscópicos in situ revelaron interacciones de electrones entre PtPbBi y PtBi, y la capa de PtBi mitigó efectivamente el envenenamiento por CO.

Conclusiones:

• Las nanoplacas de núcleo/capa de PtPbBi desarrolladas son catalizadores altamente activos y selectivos para el FAOR.
• La estructura y la composición únicas del núcleo y la cáscara favorecen la vía de deshidrogenación directa y mejoran la tolerancia del catalizador al CO.
• Estos hallazgos representan un avance significativo en el diseño de catalizadores para los DFAFC, que demuestran una selectividad de reacción directa del 100% y un potencial de comercialización.