Los hallazgos recientes de investigadores de la Universidad de Ciencias de Tokio tienen el potencial de servir como guía para el diseño de futuros catalizadores de platino de alto rendimiento y alta actividad para su uso en celdas de combustible de electrolito polimérico (PEFC ) .
En un artículo publicado en la revista Nanoscale , los científicos explican que los PEFC son excelentes fuentes de energía limpia . Sin embargo, los dispositivos son costosos de fabricar y operar, principalmente debido a la gran cantidad de platino que requieren.
El platino no solo es un metal caro , sino que también se produce en cantidades limitadas , lo que significa que para que los PEFC sean verdaderamente sostenibles, es crucial reducir la cantidad de Pt que contienen.
En la actualidad, los PEFC utilizan cátodos fabricados con nanopartículas de Pt (NPs) que se encuentran soportadas sobre negro de humo (Pt NPs/CB). Sin embargo, investigaciones recientes han indicado que los nanoclusters de Pt (Pt NC) tienen una mayor actividad de reacción de reducción de oxígeno (ORR) que los Pt NP. En otras palabras, los nanoclusters de platino tienen un mayor rendimiento.
Sabiendo esto, pero no necesariamente la razón por la que los nanoclusters de Pt funcionan mejor, un equipo dirigido por Yuichi Negishi desarrolló una nueva Pt NC que exhibe una actividad de reacción de reducción de oxígeno 2,1 veces mayor que las NP de Pt comerciales y elucidó el origen de su alta actividad.
“En nuestro estudio, nos enfocamos en Pt NC derivados de una base de Pt, carboxilato de carbono (CO) y trifenilfosfina (PPh3)”, dijo Negishi en un comunicado de prensa. “Recientemente demostramos que estos NC de Pt, a diferencia de otros, son estables en el aire. Luego realizamos cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para revelar la razón de su notable actividad”.
El investigador y su grupo prepararon las NC de Pt mediante la adsorción de [Pt17(CO)12(PPh3)8]z en negro de humo, seguida de una reacción de calcinación. A continuación, compararon su rendimiento con los NP/CB de Pt convencionales utilizando una técnica denominada voltamperometría de barrido lineal.
Descubrieron que los nuevos nanoclusters de Pt tenían un mayor rendimiento que las nanopartículas de Pt/negro de carbón. En particular, a 0,9 voltios, las NC de Pt tenían una actividad 2,1 veces mayor que las NP/CB de Pt. También encontraron que el aumento de la carga de Pt en el electrodo conduce a un aumento en su actividad de masa y que los nanoclusters de platino tenían una mayor durabilidad que los NP/CB de Pt comerciales.
A continuación, para dilucidar los orígenes de su alta actividad, realizaron cálculos de la teoría funcional de la densidad.
“Nuestros cálculos sugieren que la alta actividad de ORR de los nuevos Pt NC se debe a los átomos de Pt de la superficie, que tienen una estructura electrónica que es adecuada para el progreso de ORR”, dijo Negishi.
Referencia: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/NR/D3NR01152F
Fuente: Mining dot com