Recientes hallazgos de investigadores de la Universidad de Ciencias de Tokio pueden servir de guía para el diseño de futuros catalizadores de platino de alta actividad y rendimiento para su uso en pilas de combustible de electrolito polimérico (PEFC).
En un artículo publicado en la revista Nanoscale, los científicos explican que las PEFC son excelentes fuentes de energía limpia. Sin embargo, su fabricación y funcionamiento son caros, sobre todo por la gran cantidad de platino que requieren.
El platino no sólo es un metal caro, sino que además se encuentra en cantidades limitadas, lo que significa que para que los PEFC sean realmente sostenibles, es crucial reducir la cantidad de Pt que contienen.
En la actualidad, los PEFC utilizan cátodos fabricados con nanopartículas (NPs) de Pt soportadas sobre negro de carbón (NPs/CB de Pt). Sin embargo, investigaciones recientes han indicado que los nanoclusters de Pt (NCs de Pt) tienen mayor actividad en la reacción de reducción de oxígeno (ORR) que las NPs de Pt. 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 rinden más, un equipo dirigido por Yuichi Negishi desarrolló un nuevo NC de Pt que presenta una actividad de reacción de reducción de oxígeno 2,1 veces mayor que las NPs de Pt comerciales y dilucidó el origen de su elevada actividad.
“En nuestro estudio, nos centramos en las NC de Pt derivadas de una base de Pt, carboxilato de carbono (CO) y trifenilfosfina (PPh3)”, explica Negishi en un comunicado de prensa. “Hace poco demostramos que estas NC de Pt, a diferencia de otras, son estables en el aire. Después realizamos cálculos de 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 sobre negro de carbón, seguida de una reacción de calcinación. A continuación, compararon su rendimiento con el de las NPs/CB de Pt convencionales mediante una técnica denominada voltamperometría de barrido lineal.
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Comprobaron que los nuevos nanoclusters de Pt tenían un rendimiento superior al de las nanopartículas de Pt/negro de carbono. En concreto, a 0,9 voltios, la actividad de las NC de Pt era 2,1 veces superior a la de las NPs/CB de Pt. También descubrieron que el aumento de la carga de Pt en el electrodo conduce a un aumento de su actividad másica y que los nanoclusters de platino tenían una mayor durabilidad que las NPs de Pt/CB comerciales.
A continuación, para dilucidar el origen de su elevada actividad, realizaron cálculos de teoría funcional de la densidad.
“Nuestros cálculos sugieren que la elevada actividad ORR de las nuevas NC de Pt se debe a los átomos de Pt de la superficie, que tienen una estructura electrónica adecuada para el progreso de la ORR”, dijo Negishi.
Noticia tomada de: MINING / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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