Resolución de los factores electrónicos y estructurales subyacentes a la evolución del rendimiento del oxígeno en los...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los óxidos de película delgada de metales no nobles son catalizadores cruciales para las reacciones de evolución del oxígeno (OER).
• Los óxidos amorfos de cobalto, como el borato de cobalto (CoBi) y el fosfato de cobalto (CoPi), muestran un rendimiento OER variable relacionado con el transporte de electrones-protones.
• La comprensión de las diferencias electrónicas y estructurales fundamentales es clave para optimizar los catalizadores OER.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar los factores electrónicos y estructurales que rigen el rendimiento diferente OER de CoBi y CoPi películas delgadas.
• Para correlacionar las propiedades de transporte de carga con motivos estructurales específicos y la hibridación electrónica en estos óxidos de cobalto.

Principales métodos:

• Utilizó un conjunto de técnicas avanzadas de rayos X: absorción de rayos X de borde L (XAS), emisión de rayos X resonante (RXES), dispersión de rayos X inelástica resonante (RIXS), dispersión de Raman resonante (RR) y análisis de la función de distribución de pares de rayos X de alta energía (PDF).
• Investigó la coordinación del cobalto, la hibridación electrónica y el ordenamiento estructural en películas CoBi y CoPi.

Principales resultados:

• Las películas CoBi contienen principalmente cobalto octaédrico, mientras que CoPi contiene ~17% de cobalto tetraédrico junto con el cobalto octaédrico.
• La hibridación Co-O-Co p-d mediada por oxígeno y la excitación intersitaria dd se observaron en CoBi pero no en CoPi.
• CoBi exhibe una estructura desordenada en capas similar a LiCoO2, mientras que CoPi es amorfo, con modelos de dominio distintos a escala nanométrica propuestos para cada uno.

Conclusiones:

• Existen importantes disparidades electrónicas y estructurales entre CoBi y CoPi, que afectan directamente a su eficiencia catalítica OER.
• La presencia de cobalto tetraédrico, enlaces específicos Co-O-Co y dominios ordenados en CoBi contribuyen a mejorar el rendimiento de OER.
• Estos hallazgos proporcionan información crítica para el diseño de catalizadores de óxido de metales no nobles superiores para la reacción de evolución del oxígeno.