Desentrañando la evolución del oxígeno en el oxihidróxido de β-níquel dopado con hierro: el papel clave de los sitios...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Química computacional

Sus antecedentes:

• El sitio activo preciso para la oxidación electrocatalítica del agua en el oxihidróxido de β-níquel dopado con hierro (β-NiOOH) sigue siendo objeto de debate.
• Comprender estos sitios activos es fundamental para mejorar la eficiencia de las reacciones de evolución del oxígeno (OER).

Objetivo del estudio:

• Para investigar la actividad de la reacción de evolución del oxígeno (OER) de una faceta inexplorada de Fe-doped β-NiOOH.
• Identificar la estructura atómica y electrónica específica responsable de la alta actividad catalítica.

Principales métodos:

• Los cálculos de la mecánica cuántica de los primeros principios se utilizaron para caracterizar la actividad OER.
• La teoría funcional de densidad híbrida (DFT) se utilizó para modelar vías de reacción y predecir sobrepotenciales.

Principales resultados:

• Se identifican como sitios activos clave potenciales en la superficie (1̅21̅1) los sitios metálicos coordinados con el oxígeno de la rejilla de 4 pliegues, similares a las moléculas.
• Una vía centrada en Fe exhibe un sobrepotencial OER significativamente reducido (η_OER) en 0.34 V en comparación con las vías centradas en Ni.
• Los límites inferiores casi cuantitativos previstos para η_OER son de 0,48 V para el β-NiOOH puro y de 0,14 V para el β-NiOOH dopado con Fe ((1̅21̅1).

Conclusiones:

• El estudio favorece una vía previamente no predicha que involucra una especie de hierro ((IV) -oxo (Fe⁴⁺=O).
• La formación de un intermediario de hierro (IV) -oxo en un entorno de baja coordinación y la descarga de Ni³⁺/Ni²⁺ son clave para la actividad del catalizador OER.