Las aleaciones multicomponentes a base de rubio con una estructura cúbica centrada en la cara logran una alta...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• El rutenio (Ru) cúbico centrado en la cara es prometedor para la reacción de oxidación de hidrógeno alcalino (HOR).
• El logro de una alta actividad HOR y tolerancia al CO en los catalizadores Ru es un desafío para las pilas de combustible prácticas, especialmente con hidrógeno contaminado con CO.
• El hidrógeno gris y azul a menudo contiene CO, lo que requiere catalizadores robustos.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar catalizadores basados en Ru altamente activos y tolerantes al CO para la reacción de oxidación de hidrógeno alcalino (HOR).
• Explorar la diversificación de la composición de las aleaciones de fcc Ru para mejorar el rendimiento catalítico y superar las limitaciones del Ru único.
• Investigar la relación estructura-actividad y el mecanismo detrás de la mejora del rendimiento y la tolerancia al CO.

Principales métodos:

• Síntesis de 14 tipos de aleaciones basadas en fcc Ru mediante diversificación de la composición.
• Caracterización de las nanoestructuras y composiciones de nanocristales (NC).
• Pruebas electroquímicas de la actividad HOR, la actividad de la masa y la estabilidad en configuraciones de electrodo de disco rotativo (RDE) y de conjunto de electrodo de membrana (MEA).
• Pruebas de toxicidad por CO en RDE y configuraciones de pilas de combustible.
• Estudios computacionales (DFT) para aclarar los mecanismos de reacción y la estructura electrónica.

Principales resultados:

• Los nanocristales quinarios RuInPtNiCu (NCs) lograron una actividad HOR sobresaliente de 5,36 A mg_PGM^-1, superando significativamente a los Pt/C comerciales y a los NCs Ru individuales.
• El MEA basado en RuInPtNiCu exhibió una alta densidad de potencia máxima de 1,72 W cm-2 y una notable actividad de masa de 19,0 A mg PGM-1 @ 0,65 V.
• Se demostró una tolerancia excepcional al CO, con RuInPtNiCu reteniendo el 94,6% de la corriente HOR después de 1000 ppm de exposición al CO y el 92,5% del voltaje de la célula después de la prueba de toxicidad por CO.
• Los estudios de mecanismo confirmaron que la estructura electrónica optimizada y la configuración atómica de RuInPtNiCu debilitan la adsorción de las especies superficiales clave (*H, *OH y CO) y alteran los modos de adsorción de CO.

Conclusiones:

• La diversificación de la composición de las aleaciones de fcc Ru es una estrategia eficaz para mejorar la actividad HOR y la tolerancia al CO.
• La aleación quinaria de RuInPtNiCu representa un catalizador muy prometedor para el HOR alcalino en aplicaciones prácticas de pilas de combustible, en particular las que utilizan hidrógeno contaminado con CO.
• El rendimiento mejorado se atribuye a las estructuras electrónicas modificadas y a los mecanismos de adsorción alterados de los intermedios superficiales y del CO, que conducen a una eficiencia catalítica y durabilidad superiores.