Los electrocatalizadores de película delgada de óxido metálico fundido en solución para la evolución del oxígeno

Área de la Ciencia:

• La electroquímica es electroquímica.
• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La catálisis por catálisis.

Sus antecedentes:

• La oxidación del agua es esencial para la producción de combustible de hidrógeno a través de la división del agua.
• El desarrollo de electrocatalizadores eficientes es crucial para el avance de las tecnologías de división del agua.
• Los electrodos de película delgada ofrecen ventajas para el estudio y la aplicación de materiales electrocatalíticos.

Objetivo del estudio:

• Para sintetizar y caracterizar varios óxidos metálicos de película delgada para la electrocatálisis de la reacción de evolución del oxígeno (OER).
• Evaluar la actividad OER y las propiedades electroquímicas de estas películas en soportes básicos.
• Comprender las relaciones estructura-actividad que rigen la catálisis de la oxidación del agua.

Principales métodos:

• Síntesis de soluciones de películas de óxido metálico de ~2-3 nm de espesor (NiOx, CoOx, Ni(y) Co(1-y) Ox, Ni(0.9) Fe(0.1) Ox, IrOx, MnOx, FeOx).
• Caracterización de la estructura y composición de la película.
• Mediciones electroquímicas que incluyen microgravimetría de cristal de cuarzo, voltametría y análisis Tafel.

Principales resultados:

• Las películas de Ni{0.9}Fe{0.1}Ox exhibieron la actividad OER más alta, alcanzando 10 mA cm{-2} a 336 mV sobrepotencial con una pendiente de 30 mV dec{-1} Tafel.
• El catalizador Ni ((0.9) Fe ((0.1) Ox mostró una actividad de un orden de magnitud superior a la de IrOx y comparable a los catalizadores OER de última generación.
• Se observó la formación in situ de especies de oxihidróxido de Ni{0.9}Fe{0.1}OOH en capas activas, con una alta utilización electroquímica de los átomos de Ni.
• Las películas de Ni ((y) Co ((1-y) Ox mostraron una disminución de la actividad con el aumento del contenido de cobalto, contrariamente a las expectativas sinérgicas, debido a la formación suprimida de oxihidróxido activo.

Conclusiones:

• Las películas delgadas de óxido son electrocatalisadores altamente activos y eficientes para la oxidación del agua en medios básicos.
• El rendimiento mejorado está relacionado con la formación in situ de una estructura específica de oxihidróxido en capas.
• Estos catalizadores basados en Ni ofrecen un material prometedor y fácilmente sintetizado para su integración en sistemas solares de escisión o electrólisis de agua.