Puntos cuánticos de carbono (CQDs) obtenidos de residuos agroindustriales de café, como soportes de platino en la preparación de electrocatalizadores a evaluar en las reacciones de oxidación de metanol (MOR) y evolución de hidrógeno (HER)

Abstract

El presente documento recopila los resultados obtenidos durante la evaluación para la obtención de nanopartículas del tipo Puntos Cuánticos de Carbono (CQDs) a partir de residuos agroindustriales de café, (recolectados en la unidad productiva la Sultana - Municipio de Timbío, vereda Urubamba II) a través de la carbonización a bajas temperaturas (250 °C, 300 °C y 350 °C) en aire, para la obtención de tres tipos de biocarbón (Biocarbón250, Biocarbón300 y Biocarbón350), seguido de la síntesis por exfoliación asistida con ultrasonido en medio acuoso y purificación por filtración a presión reducida; para la obtención de tres tipos de suspensión acuosa de CQDs (250CQDs, 300CQDs, 350CQDs) en un rendimiento del 0.808 ± 0.035 %, 0.895 ± 0.028 % y 0.1.308 ± 0.031 %, respectivamente. Las nanopartículas obtenidas fueron caracterizadas por métodos espectrofotométricos (UV-VIS y Fl). Se definieron las condiciones más adecuadas de obtención para las nanopartículas basándose en el control de varios parámetros de síntesis como la temperatura del tratamiento térmico, la cantidad de biocarbón dispersada en medio acuoso, el tiempo de tratamiento de exfoliación, la naturaleza del solvente y la reutilización del biocarbón de partida, respecto al rendimiento con base seca en la reacción para los aglomerados de CQDs y los cambios en los grupos funcionales de los mismos a través de las diferentes etapas del proceso. Posteriormente, se determinaron las condiciones para preparar efectivamente nueve tipos de electrocatalizadores compuestos del tipo Pt/CQDs/GCE, utilizando la electrodeposición por voltamperometría cíclica en los tres tipos de suspensiones de CQDs, como soporte para la deposición controlada de Pt por esta misma técnica. Se monitoreó la preparación de los electrocatalizadores a través de los voltamperogramas cíclicos obtenidos durante la electrodeposición de las nanopartículas carbonosas y el Pt para confirmar la modificación de la superficie del electrodo soporte GCE. Finalmente, se evaluó el desempeño de los electrocatalizadores obtenidos respecto a seis electrodos de comparación, en la Reacción de Oxidación de Metanol (MOR) y Reacción de Evolución de Hidrógeno (HER). Como conclusión de esta última etapa de la investigación se determinó que, los electrocatalizadores compuestos preparados, mostraron ser efectivos como catalizadores bifuncionales para las dos reacciones analizadas; evidenciando mejoras sustanciales, sobre los diferentes parámetros electroquímicos propios de la reacción MOR (corriente de pico directo, y tolerancia al envenenamiento) y la reacción HER (sobrepotencial a –0.10 mA), cuando se modificaron variables de la preparación como el tipo de CQDs, método de preparación de CQDs y cantidad de Pt. Como resultado, se determinó que el uso de los electrocatalizadores preparados con las nanopartículas 350CQDs mostraron el mejor desempeño en las dos reacciones de evaluación.