Caracterización y funcionalización de superficies de magnetita con átomos individuales y nanopartículas de platino

Abstract

Las reacciones electroquímicas basadas en moléculas de la atmósfera se presentan como una solución prometedora a la creciente demanda de energía y el avanzado deterioro ambiental, aunque requieren del uso de catalizadores costosos para acelerar la velocidad de reacción. En busca de alternativas más eficientes y económicas, los catalizadores de átomos individuales (SAC, del inglés: single atom catalysts) han ganado importancia. Estos catalizadores se basan en la inmovilización de átomos metálicos individuales sobre soportes con baja o nula actividad catalítica, como los óxidos metálicos. Sin embargo, la reducción del tamaño del catalizador puede disminuir su estabilidad termodinámica, lo que lleva a la formación de clústeres menos activos. Para mitigar este problema, se utilizan sustratos que estabilizan a los átomos metálicos individuales, tales como superficies monocristalinas de magnetita (Fe₃O₄ ) orientadas en 001, que al ser preparadas en condiciones de ultra alto vacío (UHV, del inglés: ultra high vacuum), mantienen una reconstrucción superficial estable para los SACs. Por lo tanto, el objetivo de este proyecto es estudiar la respuesta electrocatalítica de SACs de Pt depositados sobre una superficies monocristalina de Fe₃O₄ (001) para la reacción de reducción de oxígeno (ORR, del inglés: oxygen reduction reaction) en medio alcalino saturado con oxígeno (NaOH 0,1M). Para validar el efecto catalítico del tamaño de partícula, además, se depositaron nanopartículas de platino de 200 nm en magnetita mono- y policristalina a partir de una dispersión. La presencia, cobertura y naturaleza química del Pt se verificó con espectrometría de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS, del inglés: X-ray photoelectron spectrometry) y las propiedades cristalográficas de la superficie se analizaron con difracción de electrones de baja energía (LEED, del inglés: low-energy electron diffraction). Resultados preliminares confirman la presencia del metal antes y después de la reacción electroquímica, ORR, para las deposiciones de Pt-SACs y Pt-NPs. Además, tanto la superficie funcionalizada con nanopartículas como con átomos individuales mostró una mejora significativa en la actividad catalítica para dicha reacción.