Carga ultra alta de átomos individuales en la matriz de NiO para mejorar drásticamente la reacción de evolución del...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los electrocatalizadores monoatómicos ofrecen una alta eficiencia para la conversión de energía, pero lograr una alta carga sigue siendo un desafío.
• La reacción de evolución del oxígeno (OER) es crucial para las aplicaciones de almacenamiento y conversión de energía.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un método fácil y económico para la síntesis de electrocatalizadores de alto rendimiento de un solo átomo de iridio.
• Investigar el rendimiento electrocatalítico de átomos de iridio individuales en una matriz de óxido de níquel para la reacción de evolución del oxígeno.

Principales métodos:

• Síntesis de átomos de iridio individuales en una matriz de óxido de níquel con una alta carga (∼18% en peso).
• Caracterización electroquímica del catalizador para la reacción de evolución del oxígeno (OER) en el electrolito alcalino.
• Técnicas avanzadas de caracterización que incluyen espectroscopia de absorción de rayos X e imágenes de contraste Z corregidas por aberración.
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para comprender el mecanismo catalítico.

Principales resultados:

• Se ha logrado una carga elevada sin precedentes de átomos individuales de Ir (∼18% en peso) en NiO.
• Se ha demostrado un rendimiento OER superior con un sobrepotencial de 215 mV a 10 mA cm-2.
• Exhibió una densidad de corriente OER significativamente mejorada en comparación con NiO e IrO2.
• Se confirmó la dispersión atómica de Ir en la superficie de NiO estabilizada por enlaces de Ir-O y un estado de oxidación de Ir favorable (∼4+).
• Los cálculos de DFT revelaron el efecto sinérgico entre átomos individuales de Ir y NiO, aumentando la reactividad superficial.

Conclusiones:

• El método desarrollado permite la síntesis de catalizadores monoatómicos de alta carga, aplicables a otros sistemas.
• El catalizador de un solo átomo Ir de alta carga presenta un excelente rendimiento OER debido a los efectos sinérgicos.
• Este trabajo allana el camino para la aplicación industrial de catalizadores monoatómicos en la conversión de energía.