Reactividad del sitio de sondeo de los catalizadores de oxidación de agua de cobalto oxidado

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Catálisis
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• La comprensión de los mecanismos de división del agua es crucial para la energía renovable.
• Los electrocatalizadores de cobalto-oxígeno (Co-OEC) son prometedores para la reacción de evolución del oxígeno (OER).
• La investigación del papel de los aniones de amortiguación en la OER es esencial para la optimización del catalizador.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar el mecanismo de la catálisis de división de agua por Co-OEC.
• Para sondear la química del sitio del borde de Co-OEC usando un complejo de cobalto dinuclear.
• Comprender la influencia de los aniones amortiguadores (borato y fosfato) en la cinética y el mecanismo de la OER.

Principales métodos:

• Espectrometría de masas electroquímica diferencial (DEMS) con Co-OEC marcado con (18) O.
• Espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN).
• Estudios cinéticos del intercambio aniónico y del REA en los tampones de borato y fosfato.

Principales resultados:

• La catálisis de división de agua se produce mediante el acoplamiento directo de oxígenos en los sitios de los bordes de dicobalto.
• El intercambio de ligandos en los sitios de borde de Co (III) es lento, confirmado por DEMS y RMN.
• El intercambio de aniones de borato es rápido, lo que lleva a la inhibición de la OER, mientras que el intercambio de fosfato es lento.
• La cinética de unión de aniones se correlaciona con la actividad OER en diferentes amortiguadores.

Conclusiones:

• El estudio establece una conexión a nivel molecular entre mecanismos OER heterogéneos y homogéneos.
• La dinámica de los aniones de amortiguación tiene un impacto significativo en la accesibilidad de los sitios catalíticos y en el rendimiento del REA.
• La comprensión de la química del sitio del borde y las interacciones de aniones es clave para diseñar electrocatalizadores eficientes para la división del agua.