Efectos de la estructura superficial en reacciones asociadas a pilas de combustible

Resumen

En esta tesis se estudian la electrocatálisis de algunas reacciones involucradas en las pilas de combustible. En una primera parte se analiza la oxidación de ácido fórmico e hidracina que son dos combustibles empleados en las celdas de combustible. Posteriormente se estudian reacciones secundarias a las mismas como es la oxidación de CO o la oxidación y reducción de peróxido de hidrógeno. En el primer capítulo se realizará una breve descripción de las reacciones que se estudiarán en esta tesis. En el segundo se desarrollarán las diferentes técnicas experimentales empleadas y conceptos necesarios, como nociones de cristalografía, necesarias para el desarrollo de este trabajo. En el capítulo 3 se estudiará la electrooxidación del ácido fórmico mediante la modificación superficial por adsorción irreversible con adátomos metálicos de arsénico, antimonio y bismuto sobre electrodos monocristalinos de Pt(110). En el capítulo 4 se analizará la oxidación de la hidracina en medio ácido pero con de electrolitos en diferentes concentraciones. Se estudiará el proceso de adsorción ante la presencia de un anión interferente como es el cloruro En el capítulo 5 se analizará cinética de la oxidación y reducción del peróxido de hidrógeno sobre electrodos monocristalinos de oro analizando el efecto del pH. En el capítulo 6 se determinará la densidad de carga del electrodo recubierto con CO permitiendo determinar la carga total del electrodo de platino. En el capítulo 7 se estudia la electrooxidación del monóxido de carbono en electrodos de oro a diferentes pH estudiando el efecto de la estructura superficial. Todos estos capítulos pretenden desarrollar el objetivo final de esta tesis que, consiste en estudiar la catálisis de diferentes reactivos, pero desde el punto de vista de la electroquímica, a través de los procesos electródicos que tienen lugar en la interfase entre el electrodo y la disolución, que al fin y al cabo es el sistema que rige todos los procesos que tienen lugar en las pilas de combustible. Por tanto, una parte imprescindible es el estudio de los electrodos empleados. En la aplicación práctica, se utilizan electrodos policristalinos de estructura poco definida cuya respuesta es resultado de una media de las contribuciones de las diversas orientaciones que presentan diferentes interacciones, energías de enlace y adsorción o propiedades electrónicas, afectando a reactivos o intermedios de forma distinta, lo que complica su optimización. Lo mismo ocurre con las superficies nanoestructuradas. Por tanto, el estudio a nivel fundamental con superficies de composición uniforme, denominadas electrodos monocristalinos, es imprescindible para comprender y simplificar el estudio electroquímico de la interfase y poder construir modelos de referencia. Los estudios realizados en estos trabajos podrán emplearse para la generación de simulaciones y modelos de las repuestas de sistemas más complejos, como las nanopartículas, que representan el siguiente paso en la evolución de los electrodos de las celdas de combustible. En este trabajo se han utilizado electrodos de monocristalinos metálicos de diferente naturaleza (platino y oro) principal exponente de la metodología de trabajo del Grupo de Electroquímica de Superficies de la Universidad de Alicante.