Aumento de la actividad de óxido de iridio para la reacción de evolución de oxígeno con la modificación de hafnio

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• El desarrollo de electrocatalizadores eficientes para la reacción de evolución del oxígeno (OER) es crucial para los dispositivos de conversión de energía.
• El óxido de iridio (IrO2) es el catalizador OER de referencia, pero es caro y escaso.
• Hay necesidad de electrocatalizadores OER asequibles, altamente activos y estables.

Objetivo del estudio:

• Sintetizar e implementar un nuevo electrocatalizador de óxido de iridio modificado con hafnio (IrHfO) para la reacción de evolución del oxígeno (OER).
• Evaluar la actividad y la estabilidad del catalizador IrHfO en condiciones tanto alcalinas como ácidas.
• Aclarar el mecanismo detrás de la actividad OER mejorada utilizando métodos espectroscópicos y computacionales.

Principales métodos:

• Síntesis de electrocatalisador de óxido de iridio modificado con hafnio (IrHfO).
• Pruebas electroquímicas en medios alcalinos (pH=11) y ácidos (pH=1).
• Los cálculos de la espectroscopia de Raman mejorada por superficie (SERS) y la teoría funcional de la densidad (DFT).

Principales resultados:

• El electrocatalizador IrHfO exhibió una actividad diez veces mayor en condiciones alcalinas y cuatro veces mayor en condiciones ácidas en comparación con IrO2.
• La mayor actividad de masa intrínseca de IrHfO en ácido fue de 6950 A gIrOx-1 a un exceso de potencial de 0,3 V.
• Los estudios SERS y DFT identificaron las especies Ir-O como sitios activos y revelaron que la modificación de Hf mejora la actividad OER al alterar los estados electrónicos y reducir las barreras energéticas.

Conclusiones:

• La modificación con hafnio del óxido de iridio aumenta significativamente el rendimiento de la OER tanto en ambientes ácidos como alcalinos.
• El catalizador IrHfO presenta una alternativa prometedora y rentable al IrO2 puro para aplicaciones de conversión de energía.
• La comprensión de los sitios activos y los mecanismos de reacción es clave para el diseño de electrocatalizadores avanzados.