Nanoelettrocatalizzatori carbonitrurici di platino e nichel decorati su nanoparticelle composite di polichetone e XC-72R per celle a combustibile tipo PEMFC: sintesi, caratterizzazione e prova in cella singola

Le celle a combustibile a elettrolita polimerico (PEMFC) funzionano per mezzo di reazioni elettrochimiche che necessitano di un elettrocatalizzatore, affinché possano avvenire a una velocità sufficientemente elevata. La temperatura di lavoro di una PEMFC è inferiore a 130°C e in queste condizioni i materiali elettrocatalitici, che producono le prestazioni migliori, contengono platino che funge da metallo “attivo”. Utilizzando combinazioni a base di Pt-Co, Pt-Ni, Pt-Cr o Pt-Fe supportate su carboni attivi, ad alta area superficiale, si ottengono prestazioni migliori rispetto a quelle garantite dal platino puro. I materiali elettrocatalitici a base di platino studiati fino ad ora per le PEMFC non consentono l’applicazione su vasta scala, poiché la quantità di platino richiesta, per ottenere le densità di potenza desiderate, è troppo elevata, e così anche costi. Gli scopi del presente lavoro di tesi sono: 1. sintetizzare elettrocatalizzatori carbonitrurici che includano siti attivi a base di platino e nichel decorati su nanoparticelle composite a base di polichetone cresciuto su grafite nanometrica (XC-72R), per applicazione in celle a combustibile a elettrolita polimerico alimentate a idrogeno; 2. caratterizzare i catalizzatori ottenuti, in modo da correlare le caratteristiche chimiche e strutturali con le prestazioni elettrochimiche nella reazione di riduzione dell’ossigeno, determinate in cella a combustibile singola. Sono state sintetizzate due famiglie di catalizzatori costituite da un supporto innovativo a base di polichetone, le cui catene sono rese infusibili alla pirolisi attraverso un trattamento con H2SO4. Alcuni dei catalizzatori preparati sono stati anche lavati con H2O2, allo scopo di migliorare le prestazioni e di studiare gli effetti. I materiali preparati sono stati ampiamente caratterizzati valutando le caratteristiche chimiche, tramite analisi elementari CHNS e spettrometria ICP-AES; e le caratteristiche termico-strutturali, con termogravimetria ad alta risoluzione, spettroscopia micro-Raman e infrarossa FT-MIR. Sono stati svolti studi di adsorbimento superficiale di azoto (BET) e test in cella a combustibile singola, utilizzando un anodo e una membrana standard, e valutando le prestazioni nella reazione di riduzione dell’ossigeno al catodo (ORR) al variare della pressione parziale dell’ossigeno