Síntesis, caracterización y comportamiento electrocatalítico de nanopartículas metálicas

Abstract

El presente trabajo de tesis abordó el estudio de la reacción de oxidación de hidrógeno sobre nanopartículas de platino y nanopartículas de oro recubiertas con platino. El mismo apuntó a la búsqueda de un procedimiento experimental que permitiese incrementar la contribución faradaica en las dependencias corriente-potencial, de modo que del procesamiento de dichas dependencias se pudiese acceder a parámetros cinéticos elementales más confiables. Para ello se desarrolló un método que aprovecha las altas densidades de corrientes difusionales propias de los microelectrodos en un arreglo de nanopartículas depositadas sobre un disco rotante de material inerte. La preparación de los arreglos de nanopartículas soportadas se realizó mediante la dispersión de nanopartículas metálicas coloidales y a través de una nueva metodología desarrollada para dicho fin. De la misma se establecieron dos variantes denominadas spray con reducción térmica y spray pirólisis directa, donde se utilizaron como soportes de las nanopartículas tanto carbón vítreo como oro. Los resultados fueron procesados mediante el formalismo teórico desarrollado y los parámetros cinéticos elementales fueron evaluados. El empleo del procedimiento propuesto posibilitó, por primera vez, observar sobre nanopartículas de platino y de oro recubiertas con platino la presencia de una meseta en la dependencia corriente-potencial, la cual caracteriza la transición entre la ruta de Volmer-Tafel y la de Volmer-Heyrovsky. Finalmente, se pudo verificar que nanopartículas de oro recubiertas con platino presentan una actividad electrocatalítica superior a las observadas en nanopartículas de platino.

The aim of this thesis is the study of the hydrogen oxidation reaction on platinum nanoparticles and gold nanoparticles coated with platinum. The present project focuses on the search for an experimental procedure that would allow to increase the faradaic contribution of the current – potencial dependencies with the purpose of obteining more reliable kinetic parameters. In order to accomplish that, a methodology was developed to take advantage of the high difusional current densities, which are characteristic of microelectrode behavior, consisting in a nanoparticle array on an inert rotating disk electrode. The supported nanoparticle arrays were prepared by the dispersion of colloidal metallic nanoparticles and through a new methodology developed for this purpose. This has two alternatives called direct spray pyrolysis and spray followed by thermal reduction, using gold and glassy carbon as supports. For the analysis of the results the theoretical formalism was developed and the kinetic parameters were evaluated. The use of the proposed procedure allowed to observe for the first time, the presence of a plateau in the current potential dependence which characterizes the transition between the Volmer-Tafel and Volmer-Heyrovsky routes. Finally, we could verify that gold nanoparticles coated with platinum show a higher electrocatalytic activity than those observed in platinum nanoparticles.