Electrochemical analysis of the performance of carbon supported Pd nanoparticles for direct formic acid fuel cells: from gold supported electrodes to catalyst-coated membranes

In this work carbon supported Pd nanoparticles were prepared and used as electrocatalysts for formic acid electrooxidation fuel cells. The influence of some relevant parameters such as the nominal Pt loading, the Nafion/total solids ratio as well as the Pd loading towards formic acid electrooxidation was evaluated using gold supported catalytic layer electrodes which were prepared using a similar methodology to that employed in the preparation of conventional catalyst coated membranes (CCM). The results obtained show that, for constant Pd loading, the nominal Pd loading and the Nafion percentage on the catalytic layer do not play an important role on the resulting electrocatalytic properties. The main parameter affecting the electrocatalytic activity of the electrodes seems to be the Pd loading, although the resulting activity is not directly proportional to the increased Pd loading. Thus, whereas the Pd loading is multiplied by a factor of 10, the activity is only twice which evidences an important decrease in the Pd utilization. In fact, the results obtained suggest the active layer is the outer one being clearly independent of the catalytic layer thickness. Finally, catalyst coated membranes with Pd catalyst loadings of 0.1, 0.5 and 1.2 mg cm-2 were also tested in a breathing direct formic acid fuel cell.

Electrolito sólido polimérico: desde las pilas de combustible hasta la electrosíntesis orgánica

En este trabajo, en primer lugar, se presenta una nueva técnica desarrollada en nuestro laboratorio para el estudio electroquímico de las capas catalíticas de las pilas de combustible en células de tres electrodos, centrándonos en el proceso de electroxidación de ácido fórmico como reacción de test. Gracias a esta técnica se han estudiado parámetros de construcción como % en peso del metal, relación Nafion / sólidos totales y recubrimiento catalítico comprobando como la adsorción irreversible de adátomos de Bi sobre Pt soportado sobre Vulcan XC-72 favorece este proceso y como puede caracterizarse la capa catalítica de una pila de combustible de ácido fórmico (DFAFC) de forma integral utilizando estudios de sistemas nanoparticulados de Pt-Pd soportados sobre Vulcan XC-72 en el seno de ésta. En segundo lugar se ha introducido el concepto de PEMER (Polymer Electrolyte Membrane Electrochemical Reactor). De esta forma, una configuración electródica propia de las pilas de combustible se utiliza en electrosíntesis orgánica. Como reacciones test se han testeado la formación de 1-feniletanol como producto mayoritario por hidrogenación electrocatalítica de la acetofenona sobre nanopartículas de Pd soportadas sobre Vulcan XC-72 como electrocatalizador y, utilizando Pb (catalizador no noble) soportado sobre Vulcan XC-72, se ha estudiado la ruptura del puente disulfuro de L-cistina y N,N-diacetil-L-cistina (NNDAC) para obtener L-cisteína y N-acetil- L-cisteína (NAC). En ambas reacciones, hidrogenación y ruptura del puente disulfuro, se han analizado tanto parámetros constructivos de la capa catalítica como parámetros de proceso tanto a escala laboratorio con el uso de un reactor comercial de 25 cm² como a escala pre-piloto con la construcción de un reactor de 100 cm².