Desentrañar catalizadores de óxido de cobalto a nanoescala para la reacción de evolución del oxígeno: máximo...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Energía renovable

Sus antecedentes:

• La reacción de evolución del oxígeno (OER) es crucial para la fotosíntesis artificial y la energía renovable, con una alta demanda de catalizadores eficientes de oxidación del agua (WOC).
• Los nanomateriales basados en cobalto son candidatos prometedores al WOC, pero comprender su alta actividad y la necesidad de un diseño complejo de catalizadores sigue siendo un desafío.

Objetivo del estudio:

• Investigar el proceso de auto-optimización de los precipitados simples de cobalto como COV.
• Determinar las transformaciones estructurales y las especies activas responsables de la alta actividad catalítica en la oxidación del agua impulsada por la luz visible.

Principales métodos:

• Generación de un precipitado precursor del cobalto a partir del CO (NO3) 2.
• Prueba de oxidación fotocatalítica del agua mediante el uso de un sistema tampón [Ru(bpy) 3+/S2O82-/borato.
• Seguimiento de las transformaciones estructurales mediante diversas técnicas de caracterización.

Principales resultados:

• El precipitado de cobalto se transforma en un Co3O4 desordenado en 1 minuto y luego en CoOOH desordenado altamente activo en 10 minutos.
• Bajo condiciones no catalíticas, el precursor forma directamente CoOOH.
• El precatalizador optimizado logró un rendimiento excepcional de 91% de O2, superando a los WOC de cobalto de última generación.

Conclusiones:

• Los catalizadores OER basados en cobalto de alto rendimiento pueden surgir de un proceso de autooptimización, favoreciendo a los centros Co ((III) en entornos octaédricos.
• Este hallazgo simplifica el diseño del catalizador y abre vías para procesos OER de flujo de bajo mantenimiento.