Seguimiento de los estados de redox del catalizador y la dinámica de reacción en la reacción de evolución del...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los oxihidróxidos de níquel-hierro son electrocatalizadores cruciales para la reacción de evolución del oxígeno (OER) en medios alcalinos, vitales para la conversión de energía electroquímica.
• Comprender la influencia de factores externos como los soportes conductores y el pH del electrolito en el rendimiento del catalizador es esencial para optimizar el OER.

Objetivo del estudio:

• Investigar el impacto de los soportes conductores y el pH del electrolito en el comportamiento redox y la actividad OER de los electrocatalizadores de oxihidróxido de Ni-Fe.
• Aclarar los mecanismos subyacentes que rigen estos efectos utilizando técnicas avanzadas de espectroscopia y electroquímica in situ.

Principales métodos:

• Espectro-electroquímica UV-vis in situ para el seguimiento de las especies de níquel oxidadas.
• Espectrometría de masas electroquímica operando (DEMS) para el análisis de la evolución de los gases y la eficiencia faradaica.
• Crioespectroscopia de absorción de rayos X in situ (XAS) para el análisis detallado de la estructura electrónica.
• Voltametría cíclica para estudiar el comportamiento del pico redox y la dependencia del pH.

Principales resultados:

• Los soportes conductores y el pH > 13 aumentaron significativamente la actividad redox y el rendimiento catalítico OER (aumento de 2 a 3 veces) de los oxihidróxidos de Ni-Fe.
• Los valores de pH más altos cambiaron catódicamente los potenciales de oxidación OER y Ni y revelaron una dependencia no monotónica del pH de los picos redox, lo que sugiere mecanismos específicos de transferencia de protones-electrones.
• In situ UV-vis confirmó la oxidación anterior de Ni a un pH alto e indicó una fracción reducida de Ni ((+3/+4) en centros mixtos de Ni-Fe con un contenido creciente de Fe.

Conclusiones:

• El pH del electrolito y los soportes conductores juegan un papel crítico en la modulación de la química redox y la mejora de la actividad OER de los oxihidróxidos de Ni-Fe.
• Los hallazgos proporcionan nuevos conocimientos mecanicistas sobre los procesos de transferencia de protones-electrones y el papel del Fe en la electrocatálisis del oxihidróxido de Ni-Fe.
• Este trabajo ofrece una comprensión más profunda de la optimización de los catalizadores alcalinos OER para aplicaciones de energía electroquímica.