El acoplamiento de átomos individuales de iridio con vacíos de oxígeno aumenta la reacción de evolución de oxígeno en...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• El desarrollo de electrocatalizadores eficientes y estables para la reacción de evolución del oxígeno (OER) en medios ácidos es crucial para las aplicaciones energéticas.
• El logro simultáneo de una mayor actividad, una mayor estabilidad y una reducción de los costes de los electrocatalizadores OER sigue siendo un desafío importante.

Objetivo del estudio:

• Informar sobre una nueva estrategia para la preparación de átomos de iridio individuales (Ir-SA) en nanohojas porosas de NiCo2O4 ultrafinas (Ir-NiCo2O4 NS).
• Investigar el rendimiento y la estabilidad de los NS de Ir-NiCo2O4 sintetizados en medios ácidos.
• Para aclarar el mecanismo detrás de la mejora del rendimiento OER utilizando cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT).

Principales métodos:

• Se utilizó el método de coelectrodeposición para sintetizar átomos individuales de iridio (Ir-SA) en nanohojas porosas (NS) de NiCo2O4 ultrafinas.
• La actividad electrocatalítica y la estabilidad se evaluaron en medios ácidos, midiendo el exceso de potencial y la densidad de corriente.
• Las frecuencias de rotación (TOF) se calcularon en diferentes sobrepotenciales.
• Se realizaron cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para comprender la estructura electrónica y los mecanismos de reacción.

Principales resultados:

• Los NS de Ir-NiCo2O4 sintetizados mostraron un rendimiento OER superior con un sobrepotencial ultrabajo de 240 mV a 10 mA cm-2.
• El catalizador demostró estabilidad a largo plazo, funcionando durante 70 horas en medios ácidos.
• Se lograron TOFs altos de 1,13 y 6,70 s-1 a potenciales excesivos de 300 y 370 mV, respectivamente.
• Los cálculos de DFT revelaron que las actividades de intercambio y transferencia electrónica de superficie, impulsadas por el acoplamiento de Ir-SA con las vacantes de oxígeno (VO), son responsables del rendimiento mejorado.

Conclusiones:

• Los NS de Ir-NiCo2O4 representan un electrocatalizador altamente activo y estable para el OER en ácido.
• El efecto sinérgico entre los átomos individuales de Ir y las vacantes de oxígeno en las nanohojas de NiCo2O4 es clave para optimizar el rendimiento de OER.
• Esta estrategia proporciona un enfoque generalizado para el diseño de electrocatalizadores eficientes mediante la mejora de las propiedades electrónicas y la facilitación de la activación del agua y la estabilización del oxígeno.