En el presente proyecto de investigación se propone realizar la síntesis, la caracterización y la evaluación de catalizadores nanoestructurados en celdas de combustible de intercambio iónico como una alternativa de energía sostenible y limpia. En esta propuesta de investigación se plantea la preparación de materiales nanoestructurados basados en nanopartículas (Np) metálicas soportadas sobre nanotubos de carbón (NTC) y aplicarlos como electrocatalizadores en celdas de combustible de intercambio iónico del tipo PEMFC, por sus siglas en ingles. Se plantea sintetizar los NTC de multipared y usarlos como soporte de Np metálicas (Pt, Pd, Ni, Co y Au) así como también, sulfuros de metales de transición como sulfuro de renio (ReS2) y sulfuro de molibdeno (MoS2) con diámetro no mayor de 6 nm. Los NTC presentan alta superficie expuesta y baja resistividad, lo que lo hacen excelentes materiales de soporte para aplicaciones electroquímicas. En esta propuesta, además de usar carbón vulcan E-TEK como soporte y como referencia de los electros catalizadores propuestos, los nanotubos de carbón (NTC) tanto de multipared como de pared sencilla, que se usaran en este proyecto de investigación como soporte serán previamente sintetizados en el laboratorio. En recientes estudios se ha demostrado que las nanopartículas presentan mayor dispersión sobre NTC que en carbón vulcan E-TEK, además, con el método de microemulsión, se puede controlar el tamaño de partícula electrocatalítica sobre los NTC, de esta forma se genera una mayor densidad de sitios activos donde la reacción de oxidación de hidrogeno (ROH) o la reacción de reducción de oxigeno (RRO) se lleve a cabo y con esto generar una mayor densidad de corriente en comparación con el catalizador comercial (Pt/C, ETEK). Por otra parte, se usa el método de sonoquimica para sintetizar NTC de pared sencilla y depositar directamente las nanopartículas metálicas en una sola etapa de la reacción. En esta dirección, se usaran sales solubles en agua como precursores de las nanoestructuras metálicas, como (NH4)2PtCl6, (NH4)2PdCl6, HAuCl4, CoCl2 y NiCl2 para obtener las nanopartículas de Pt, Pd, Au, Co y Ni respectivamente, así como también se prepararan nanopartículas bimetálicas por ambos métodos, tanto por microemulsión como por y sonoquímico. Se presume que estos materiales nanoestructurados soportados en NTC presentaran mayor actividad electroquímica que los actualmente utilizados (Pt/C, E-TEK), además estos materiales, debido a su tolerancia al envenenamiento por impurezas de azufre y monóxido de carbono, serán más estables y candidatos importantes para ser utilizados en celdas de combustible como fuente alterna de energía. Los materiales se caracterizaran por microscopia electrónica de barrido (SEM) y de transmisión (TEM), difracción de rayos-X (XRD), espectroscopia foto electrónica de rayos-X (XPS), Área superficial por el método BET, análisis termogravimétrico (TGA-DTA) y espectroscopia Raman. Durante el avance de este plan de trabajo se pretende incorporar estudiantes de licenciatura y posgrado. Los electrocatalizadores se probaran en la reacción de oxidación de metanol directo y en la reacción de oxidación de hidrogeno (ROH), así también se probaran los sulfuros de metales de transición en reacciones catalíticas heterogéneas.

Se prepararán y se caracterizarán nanomateriales mediante técnicas novedosas usando la infraestructura que existe en Centro de Nanociencia y Nanotecnología (CNyN-UNAM-Ensenada), se aprovechara el conocimiento para llevar a cabo la síntesis de nanoestructuras electro-catalíticas con aplicacion para celdas de combustible de membrana de intercambio iónico y en catalisis heterogenea, se fortalecerá el grupo de nanocaracterizacion y electroquímica que existe en el CNyN-UNAM. Es importante mencionar que se fortalecerá la colaborar con otros centros de investigación del país expertos en electroquímica, como el Centro de Graduados del ITT (Dra. Rosa María Félix), y el Tecnológico de Cancún (Dr. Ysmael Vede). Con este proyecto, se generará nuevo conocimiento en el área de nuevos materiales nanoestructurados, se graduaran estudiantes de licenciatura y posgrado, así como también se presentaran los resultados en congresos internacionales y en artículos internacionales.