Desarrollo de electrocatalizadores de magnetita soportadas en nanofibras de carbono para la reducción de oxígeno en medio alcalino

• Autor: Fernández Cori, Rey Antonio
• Formato: tesis de maestría
• Fecha de Publicación: 2023
• Institución: Universidad Nacional de Ingeniería
• Repositorio: UNI-Tesis
• Lenguaje: español
• OAI Identifier: oai:cybertesis.uni.edu.pe:20.500.14076/26996
• Enlace del recurso: http://hdl.handle.net/20.500.14076/26996
• Nivel de acceso: acceso abierto
• Materia: Nanofibras de carbono; Electrocatalizadores de magnetita; https://purl.org/pe-repo/ocde/ford#1.04.03

En el presente trabajo se aborda el estudio de la actividad de la magnetita soportada en nanofibras de carbono hacia la reacción de reducción de oxígeno en medio alcalino, además se evaluó la influencia de la temperatura de síntesis de las nanofibras de carbón en su morfología, grado de ordenamiento y porosidad, y de cómo estas propiedades influencian en su labor como soporte de las nanopartículas de magnetita. Para ello, previamente se sintetizaron las nanofibras de carbono (CNF) por medio de la reducción de metano sobre un catalizador de Cu.Ni.Al a temperaturas de 600 °C y 700°C. Posteriormente, se soportaron las nanoestructuras de magnetita en el material carbonoso por método de impregnación húmeda. Luego se realizaron las caracterizaciones fisicoquímicas y electroquímicas de las muestras sintetizadas. Por otro lado, se llevó a cabo los análisis de la reacción de reducción de oxígeno (ORR) en medio alcalino en los materiales preparados. Para ello, se realizaron voltamperogramas lineales a distintas velocidades de rotación en un electrodo rotatorio de disco - anillo (RRDE), donde acorde a los perfiles mostrados, la ORR se da con formación de intermediaros peróxido. A su vez, se determinaron sus potenciales onset (Eonset), donde la CNF 600 - Mag (+0.68 V vs RHE) presenta un potencial onset más postivo que CNF 700 - Mag, (+0.65 V vs RHE). Además, se determinó el número de electrones transferidos (n) utilizando tanto la ecuación de Koutecky-Levich como las corrientes recolectadas del disco y de anillo del electrodo rotatorio. En el primer caso se encuentra discrepancias debido a las consideraciones presentadas en la teoría. Con el segundo método se determinó el porcentaje de anión peróxido producido (%HÜ2'), en los cuales CNF 600 - Mag y CNF 700 - Mag presentaron valores de n de 3,1 y 3,5 a sobrepontencial medio (0,5 V vs RHE) además de valores de %HÜ2- de 42 % y 27 % respectivamente. Finalmente, se analizó el mecanismo de reacción de la ÜRR a través de las pendientes obtenidas de los diagramas de Tafel. Se observaron diferentes valores de pendientes de Tafel de las cuales decrece de 95,6 a 59,1 mV dec-1 yendo de CNF 600 - Mag > CNF 700 > CNF 700 - Mag > CNF 600 > Pt/C, donde el decrecimiento de la pendiente de Tafel denota cambios en proceso que limita la velocidad de reacción (rds) de ÜRR hacia un proceso más efectivo. Por lo que acorde a los parámetros de evaluación de la electrocatálisis de ÜRR, se concluye que CNF 700 - Mag presenta mejor actividad que el CNF 600 - Mag y que se debería a aspectos estructurales y texturales del material carbonoso al cual fue soportado.