Estudio del rol de junturas intermetálicas sobre la actividad electrocatalítica de reacciones de interés en celdas de combustible de baja temperatura que involucran CO adsorbido

Abstract

Oxidation of adsorbed carbon monoxide represents one of the biggest problems to be solved to improve the operation of low temperature fuel cells. Its presence, either as a contaminant in gaseous hydrogen of petrochemical origin or as a result of the dissociative adsorption of simple organic molecules (formic acid, methanol, etc.), is responsible for the decrease in the efficiency of the anode of the cell. The analysis of COad behavior was addressed from the study of the electrooxidation reaction of formic acid (FAO) in order to provide evidence about the behavior of the COad on different metallic electrodes. From this detailed knowledge, bimetallic electrodes characterized by the presence of an intermetallic junction were developed, which can be considered as a new field of reaction, at the same time as it offers the possibility of spillover of adsorbed species. The FAO was studied on electrodes of platinum, palladium, iridium, rhodium and gold, which exhibited markedly different behaviors. Based on the results obtained, which include the evaluation of open circuit potential, cyclic voltammetry, chronoamperometry, voltammetric stripping, as well as other physicochemical characterization techniques and known spectroscopic information, the reaction mechanisms on the five metals and the elementary kinetic parameters in platinum and palladium. The reaction on palladium-platinum, palladium-gold, rhodium-gold and platinum-gold bimetallic electrodes was studied. All the systems studied were analyzed and interpreted based on the behaviors and mechanisms derived from pure metals.

La oxidación del monóxido de carbono adsorbido representa uno de los mayores problemas a resolver para mejorar el funcionamiento de las celdas de combustible de baja temperatura. Su presencia, ya sea como contaminante en el hidrógeno gaseoso de origen petroquímico o como resultado de la adsorción disociativa de moléculas orgánicas simples (ácido fórmico, metanol, etc.), es responsable de la disminución de la eficiencia del ánodo de la celda. Se abordó el análisis del comportamiento del COad a partir del estudio de la reacción de electrooxidación de ácido fórmico (FAO) con el objeto de aportar evidencia acerca de la conducta del COad sobre distintos electrodos metálicos. A partir de este conocimiento detallado se desarrollaron electrodos bimetálicos caracterizados por la presencia de una juntura intermetálica, la que puede considerarse como un nuevo ámbito de reacción, a la vez que brinda la posibilidad de spillover de especies adsorbidas. Se estudió la FAO sobre electrodos de platino, paladio, iridio, rodio y oro, los que exhibieron conductas marcadamente diferentes. En base a los resultados obtenidos, que incluyen la evaluación del potencial a circuito abierto, voltamperometría cíclica, cronoamperometría, stripping voltamperométrico, además de otras técnicas de caracterización fisicoquímica y de información espectroscópica conocida, se pudieron establecer los mecanismos de reacción sobre los cinco metales y los parámetros cinéticos elementales en platino y paladio. Se estudió la reacción sobre los electrodos bimetálicos paladio-platino, paladio-oro, rodio-oro y platino-oro. Todos los sistemas estudiados fueron analizados e interpretados en base a las conductas y mecanismos derivados de los metales puros.