Preparación de electrocatalizadores de Ni y NiCo soportados en fibras de carbón modificadas con óxido de grafeno reducido para la generación de hidrógeno - Bazán Aguilar, Antony Yamir Joseph (2019)
Los estragos ambientales originados por el consumo diario de combustibles fósiles son una gran preocupación a nivel mundial, y la obtención de nuevos vectores energéticos, representa un gran reto científico actualmente. Entre las tecnologías existentes, los electrolizadores alcalinos se destacan por facilitar la obtención de vectores energéticos de gran importancia, tal como el hidrógeno. Sin embargo, ciertas limitaciones catódicas restringen su uso extensivo. En el presente tratado, las limitaciones termodinámicas y cinéticas son materia de estudio debido a su importancia en la reacción de evolución de hidrógeno (HER) (Capítulo 1). Se reporta que (1) las limitaciones por difusión pueden ser reducidas a través del diseño de soportes de gran área superficial compuestas por fibras de carbón modificadas con óxido de grafeno reducido; y (2) la reducción de los sobrepotenciales de activación junto a una mejora de la cinética de reacción, mediante el diseño asistido de nanoestructuras electrocatalíticas no-nobles de Ni o NiCo, (Capítulo 2). Se determina que las características superficiales y electroquímicas de las matrices dependen del tipo de atmósfera utilizada en el proceso de carbonización. Por ejemplo, el soporte basado en fibras de algodón impregnadas con óxido de grafeno durante 15 minutos y carbonizadas en una atmosfera de argón (AR15) se destaca al registrar una elevada área superficial (1457 m2 g-1) conformada por una micro/mesoporosidad definida, un gran carácter capacitivo (218,9 F g-1) y un control difusional asociado al arreglo de poros laminares que conforman su superficie. Adicionalmente, se resalta que la síntesis e inserción asistida por cristales líquidos liotrópicos (CLLs) de los sitios electroactivos de Ni o NiCo sobre AR15; direcciona la formación de diferentes nanoestructuras policristalinas metálicas o bimetálicas, e influyó en la termodinámica y la cinética de la reacción de evolución de H2. Los sistemas electrocatalíticos Ni60 y NiCo70, siendo 60 y 70 el porcentaje en masa de Brij58/H2O presente en los CLLs, registran una reducción en el potencial onset de 160 y 230 mV, con respecto al soporte electródico AR15 (340 mV); y reportan una cinética de reacción determinada por un mecanismo tipo Tafel (35 mV dec-1) y Heyrovsky (32 + 116 mV dec-1), respectivamente (Capitulo 3 y 4). Se evidencia que el diseño de nanoestructuras policristalinas no- nobles y su inserción en una matriz electródica porosa permiten la reducción de las limitaciones termodinámicas, cinéticas y de difusión. Lo cual se traduce, en la obtención de sistemas más activos a la generación de H2.