Síntesis de nanoestructuras Pt/f-NTC y su evaluación electroquímica en la reacción de oxidación de metanol

Abstract

RESUMEN: En la presente investigación se llevó a cabo la síntesis de nanoestructuras Pt/f-NTC y Pt/C-Vulcan, asi mismo, la evaluación de sus propiedades electrocatalíticas en la reacción de oxidación de metanol (ROM). La síntesis de nanoestructuras Pt/f-NTC y Pt/C-Vulcan se llevó a cabo mediante el método de descomposición térmica. El método de descomposición térmica consiste en dos etapas. En la primera etapa, una mezcla del precursor de platino (acetil acetonato de platino) y el soporte de carbono se calientan a 180 °C durante 10 min. Esta mezcla se colocó dentro del tubo con membrana porosa que a su vez está dentro del reactor a una presión de 3-5 torr. En la segunda etapa, el tubo de cuarzo con membrana porosa, es reubicado dentro del reactor en una zona donde la temperatura es de 400 °C. Se introduce gas argón con un flujo de 100 cm3/min. y el tubo de cuarzo se mantiene ahí por 10 min. Las nanoestructuras Pt/f-NTC y Pt/C-Vulcan se caracterizaron estructural, morfológica y químicamente mediante Difracción de Rayos X, Microscopía Electrónica de Barrido, FT-IR, XPS y Espectroscopia RAMAN. Las propiedades electroquímicas de las nanoestructuras Pt/f-NTC y Pt/C-Vulcan en la ROM se evaluó mediante Voltametría Cíclica, Cronoamperometría y DEMS. Se utilizó una celda electroquímica de tres electrodos, la cual consta de un electrodo de referencia de Ag/AgCl, una barra de carbón vítreo como contraelectrodo y como electrodo de trabajo el material de estudio (Pt/f-NTC y Pt/C-Vulcan). En el caso del DEMS se empleó una celda convencional típica, un electrodo de hidrogeno (RHE) preparado con un electrolito H2SO4 0.5 M como electrodo de referencia y un alambre de platino como contra-electrodo. El electrolito empleado para la activación del material de estudio fue una solución H2SO4 0.5M, para la ROM se empleó un electrolito H2SO4 0.5M y diferentes concentraciones de CH3OH (0.001, 0.01, 0.1 y 1M). Los resultados indican que las nanoestructuras Pt/f-NTC presentan un mejor carácter catalítico en la ROM que las nanoestructuras Pt/C-Vulcan obtenidas de igual forma por descomposición térmica. Las nanoestructuras Pt/f-NTC exhiben 6 veces mayor actividad catalítica en la ROM que los materiales Pt/C-Vulcan y Etek comercial. El mejor desempeño podría estar asociado a la mayor conductividad eléctrica del soporte y/o a una más favorable interacción metal/soporte para la ROM. ABSTRACT: In the present investigation was carried out the synthesis of Pt/f-NTC and Pt/C-Vulcan nanostructures, likewise, the evaluation of their electrocatalytic properties for the methanol oxidation reaction (MOR). The synthesis of Pt/f-NTC and Pt/C-Vulcan nanostructures was carried out by the thermal decomposition method. The thermal decomposition method involves two stages: in the first stage, the carbon support (carbon nanotubes, carbon Vulcan) is impregnated with the sublimated vapour of the metalorganic precursor in a reactor under vacuum at 180 °C. In the second stage, the temperature is increased to 400 °C to cause thermal decomposition of the sublimated precursor and promote the formation of nanoparticles over the surface of the carbon support. Acetylacetonate was used as platinum precursor (C10H14O4Pt), Ar as flowing gas and the reaction was carried out in a tubular reactor. The Pt/f-NTC and Pt/C-Vulcan nanostructures were structural, morphological and chemically characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, FTIR, XPS and Raman spectroscopy. The electrochemical properties of Pt/f-NTC and Pt/C-Vulcan nanostructures in MOR were evaluated by cyclic voltammetry, chronoamperometry and DEMS. An electrochemical cell of three electrodes was used, an electrode of Ag/AgCl as reference, a glassy carbon rod as counter electrode and as the working electrode our study material (Pt/f-NTC and Pt/CVulcan). In the case of DEMS, a conventional cell was used, a reference hydrogen electrode (RHE) was prepared with 0.5 M H2SO4 electrolyte and a platinum wire as counter electrode was used. The electrolyte employed for activation of our study material was a 0.5M H2SO4 solution, for MOR an electrolyte of 0.5M H2SO4 and CH3OH with different concentrations (0.001,0.01,0.1 and 1M) was employed. The results indicate that Pt/f-NTC nanostructures have a better catalytic nature in MOR than Pt/C-Vulcan nanostructures obtained by thermal decomposition. The Pt/f-NTC exhibit a catalytic activity 6 times higher in MOR than Pt/C-Vulcan materials and commercial Etek. The improved performance could be associated with the highest electrical conductivity of the support and/or a more favorable metal/support interaction for MOR.