Evaluación de mezclas Pt-Ru/C como catalizadores de la electro-oxidación de etanol

Evaluating Pt-Ru/C mixtures as ethanol electro-oxidation catalysers

En este trabajo se estudia, mediante la técnica de voltametría cíclica, la oxidación electrocatalítica de etanol en soluciones de ácido sulfúrico a diferentes temperaturas y concentraciones utilizando como catalizadores mezclas de platino-rutenio soportadas en carbón vítreo. Los resultados indican que la oxidación de etanol en estos electrodos es irreversible, de cinética lenta, está controlada por la transferencia de carga y se lleva a cabo mediante un mecanismo de reacción bi-funcional: Adsorción de etanol sobre los átomos de platino y oxidación adicional de las especies absorbidas en presencia de óxidos de platino y rutenio. Los resultados experimentales muestran un aumento en la actividad catalítica con los electrodos y una posterior disminución en la actividad para electrodos con cantidades mayores de rutenio.

Introducción

El desarrollo de celdas de combustible de etanol directo    es una actividad de investigación que tiene un gran interés debido a que estas celdas se pueden emplear, en forma segura, como fuente eléctrica para vehículos y dispositivos portátiles. El desarrollo de catalizadores anódicos con alta actividad, acompañado con una estructura apropiada del ánodo de la celda, son los aspectos más importantes para la obtención de una celda de combustible de etanol de alta eficiencia. Ese interés creciente está motivado especialmente porque el etanol se considera una forma conveniente de almacenamiento de energía  con  una alta densidad energética (Ec. 1) y con una fuerza electromotriz teórica de la celda alta (E_fem = 1.145 V) C₂H₅OH + 3H₂O→2CO₂ + 12e^- + 12H⁺    (1)

La gran mayoría de las investigaciones sobre electrooxidación de etanol se han enfocado en la evaluación del platino como catalizador y se ha buscado principalmente identificar los intermediarios y los productos de la reacción (lwasita y otros, 1989; lanniello y otros, 1999; Fujiwara y otros, 1999; Lamy y otros, 2001). En esos trabajos se reporta que los productos principales de la reacción de oxidación de etanol son CO₂, CH₃CHO y CH₃COOH. El CO₂ se forma mediante un intermediario quimiadsorbido, mientras que el acetaldehído es formado por un intermediario débilmente adsorbido. Adicionalmente, en la región de altos sobrepotenciales (E>0.8V vs. ERH) se favorece la formación de CH₃COOH, y se ha establecido que a altas concentraciones de etanol  se favorece la formación de CH₃CHO, mientras que se  inhibe la formación de CH₃COOH y de CO₂.

Todos los estudios llevan a concluir que cuando se utiliza platino puro como catalizador, la etapa que controla la velocidad de la reacción es:

Pt-(CO)_ads + Pt-(OH)_ads → CO₂ + H+ + e-(2)

Esto muestra que la presencia de especies oxigenadas es  un aspecto clave para completar la reacción de  oxidación. Una de las formas  convenientes  para  proporcionar las especies oxigenadas es el uso de mezclas platino-metal, en las cuales el segundo metal suministra las especies oxigenadas a bajos potenciales.