Electrochemical Performance of Dispersed Pt-M (M =V, Cr and Co) Nanoparticles for the Oxygen Reduction Electrocatalysis

Fabio H. B. Lima, M. Janete Giz and Edson A. Ticianelli*

Instituto de Química de São Carlos, Universidade de São Paulo, CP 780, 13560-970 São Carlos-SP, Brazil. * e-mail: edsont@iqsc.usp.br

Received: November 15, 2004 ]]> Published on the web: March 6, 2005

Abstract

The kinetics of the oxygen reduction reaction (ORR) was studied in KOH electrolyte on ultra thin layer electrodes formed by Pt-V, Pt-Cr and Pt-Co electrocatalysts dispersed on a carbon powder (Pt-M/C). The electronic and structural features of the materials were studied by in situ XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure) and EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure). Cyclic voltammograms and steady state polarization curves for the ORR were obtained using the rotating ring/disk electrode technique. The XANES results for the composites in the oxidized state have shown an increase of the occupancy of the Pt 5d band while the EXAFS analyses showed some reduction of the Pt-Pt interatomic distance in the different metal alloys compared to Pt/C. The electrochemical measurements indicated that the 4-electrons mechanism is mainly followed for the ORR in these platinum alloys. The highest electrocatalytic activity was shown by the Pt-V/C alloy, after treated at 850 ^oC under hydrogen atmosphere.

Keywords: oxygen reduction, platinum alloys, X-ray absorption

Resumo

А cinética da reação de redução de oxigênio (RRO) foi estudada em eletrólito de KOH em eletrodos de camada ultra fina, formados por eletrocatalisadores de Pt-V, Pt-Cr e Pt-Co dispersos em pó de carbono (Pt-M/C). As características eletrônicas e estruturais dos eletrocatalisadores foram estudadas por XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure) e EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure) in situ. Voltametria cíclica e curvas de polarização do estado estacionário para a RRO foram obtidas usando a técnica de disco/anel rotatório. Os resultados de XANES para as ligas no estado oxidado mostraram um aumento na ocupação da banda 5d da Platina, enquanto que os resultados de EXAFS mostraram uma pequena redução na distância interatômica Pt-Pt em relação à Pt/C. As medidas eletroquímicas indicaram que o mecanismo via 4 elétrons é principalmente seguido para a RRO nas ligas de platina. A maior atividade eletrocatalítica foi atingida pela liga Pt-V/ C, depois de tratamento térmico a 850 ^oC em atmosfera de hidrogênio.

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