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Xin-Wen Zhou de la Facultad de Materiales e Ingeniería Química de la Universidad China Three Gorges dirigió una nueva investigación que explora un método sencillo para sintetizar una serie de catalizadores de PdFe/Cu mediante un proceso de reducción gradual con reconstrucción de superficie.
La reacción de oxidación de etanol (EOR) sirve como reacción anódica clave en las pilas de combustible de etanol directo (DEFC), y el metal noble platino (Pt) se utiliza tradicionalmente como catalizador anódico ideal.
Sin embargo, el alto costo, la aplicabilidad limitada y la resistencia insuficiente al envenenamiento por CO obstaculizan la adopción generalizada de este enfoque. Las investigaciones actuales muestran que sintetizar nuevos catalizadores combinando metales nobles con metales base y no metales es eficaz para reducir costos y mejorar el rendimiento del catalizador.
El control de la morfología, la ingeniería de superficies, la mejora de los efectos de los portadores e incluso la introducción de una estrategia de un solo átomo prometen aumentar significativamente el uso de metales preciosos.
Los estudios demuestran cada vez más que la electrooxidación de etanol en medios alcalinos no sólo tiene una cinética más rápida sino que también tiene una alta actividad y estabilidad a largo plazo. En el sistema alcalino, se investigó el uso del Pd, más barato (en comparación con el Pt), como material activo para la oxidación catalítica de etanol.
Las investigaciones sugieren que la formación de catalizadores de aleaciones de metales nobles y metales de transición (p. ej., PdFe, PdNi, PdAu, PdCo, PdAg, PdCu y AlNiCuPtPdCo) o materiales compuestos de metales nobles/no metales no solo reduce el contenido de Pd en el catalizador, sino que también juega un papel crucial en la mejora del rendimiento de electrooxidación del etanol.
En los últimos años, los avances en las membranas de electrolitos sólidos aniónicos han hecho avanzar significativamente la investigación sobre las pilas de combustible de etanol alcalino directo (DAEFC), con aplicaciones comerciales en el horizonte.
El aumento de la cinética de la reacción del etanol en una solución alcalina se puede atribuir al cambio negativo inducido por el pH en el potencial de trabajo de 59 mV/pH, que cambia la estructura eléctrica local de doble capa y la distribución del campo eléctrico en la interfaz electrodo-electrolito. mejorando así la actividad electrocatalítica.
En un entorno alcalino, la estabilidad de los metales de transición activos (por ejemplo, Fe, Ni, Co, Cu) se puede mejorar, especialmente mediante la formación de un catalizador multimetálico a base de Pd. Introducción de Cu2+ Los iones durante las etapas precursoras convierten nanopartículas esféricas de PtFe en nanocadenas de PtFeCu y muestran propiedades mejoradas de oxidación de metanol.
Los catalizadores basados en PdFe, conocidos por su alta conductividad eléctrica, excepcional actividad catalítica y durabilidad, se utilizan ampliamente como electrocatalizadores para la reacción de reducción de oxígeno (ORR) o la reacción de oxidación de ánodos. La sinergia entre el núcleo y la capa conduce a efectos de tensión-deformación que cambian la estructura electrónica de la superficie e influyen en la adsorción y reducción de oxígeno.
La transformación de fase cúbica de centro de cara (fcc) a tetragonal de centro de cara (fct) en PdFe @ Pd aumenta el sitio activo del catalizador y, por lo tanto, mejora el rendimiento catalítico de ORR.
La película compuesta de aleación de nano-PdFe sirve como electrocatalizador altamente eficiente para la evolución de hidrógeno en soluciones ácidas y alcalinas debido a cambios en la estructura electrónica de valencia del Pd y un aumento en el área electroquímicamente activa (ECSA).
La reacción de reemplazo galvánico (GRR), un método de plantilla de sacrificio in situ, se utiliza para preparar nanocatalizadores huecos mediante un método de desplazamiento potencial.
En este estudio se utiliza el método de correducción gradual para diseñar un nanocatalizador de PdFe/Cu con tamaño de partícula reducido. El proceso GRR induce un fuerte efecto de reconstitución, que oxida la superficie del cristal semilla de Cu y conduce a la formación de nanopartículas superfinas de PdFe/Cu.
Los efectos de sinergia y estrés de voltaje entre Pd, Fe y Cu causados por este cambio estructural alteran la estructura electrónica de las nanopartículas y resultan beneficiosos para la adsorción de moléculas de etanol y las reacciones de oxidación posteriores.
Pruebas comparativas con tres catalizadores de control (CuPdFe, PdFe y CuPdFe/Cu) en condiciones optimizadas muestran que el catalizador tiene el rendimiento óptimo de electrooxidación del etanol en el sistema alcalino.
Referencia de la revista:
Chen, D., et al. (2023) Nanocatalizadores de PdFe/Cu altamente activos y de larga duración preparados mediante síntesis en fase líquida para la reacción de electrooxidación de etanol. Sensor avanzado y energía. materiales. doi.org/10.1016/j.asems.2023.100075.
Fuente: https://www.zhongkeqikan.com/
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