Hidróxido doble monocapa como un catalizador de oxígeno de larga duración para la división del agua de mar

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La división del agua de mar para la producción de hidrógeno requiere catalizadores eficientes de reacción de evolución del oxígeno (OER).
• Los catalizadores OER existentes luchan contra la corrosión y la oxidación del cloruro en ambientes salinos.
• Los metales de transición 5d ofrecen potencial para mejorar las propiedades catalíticas.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un catalizador OER altamente activo y estable para la escisión del agua de mar.
• Investigar el papel de la incorporación de iridio (Ir) en los hidróxidos dobles en capas (LDH).
• Para entender el mecanismo detrás del rendimiento catalítico mejorado.

Principales métodos:

• Síntesis de hidróxido doble de una sola capa de NiIr (NiIr-LDH).
• Las mediciones electroquímicas incluyen sobrepotencial y eficiencia Faradaic.
• Cronopotenciometría a largo plazo para pruebas de estabilidad.
• Cálculos de la estructura fina de absorción de rayos X (XAFS) y de la teoría funcional de la densidad (DFT).
• Espectroscopia de Raman in situ.

Principales resultados:

• El NiIr-LDH logró 500 mA/cm2 a 361 mV de sobrepotencial con una eficiencia Faradaic de 99% en agua de mar alcalina.
• Superó al IrO2 comercial (763 mV, 23%) y al NiFe-LDH (530 mV, 92%) en actividad y eficiencia.
• Se ha demostrado una estabilidad excepcional con una pérdida de actividad insignificante durante 650 horas a 500 mA/cm2.
• DFT y XAFS revelaron densidades de electrones alteradas en los sitios de Ni e Ir, acelerando la formación intermedia.
• Los datos electroquímicos y espectroscópicos junto con DFT confirmaron la generación acelerada de *O y *OOH intermedios.

Conclusiones:

• El NiIr-LDH monocapa es un catalizador muy eficaz para la descomposición del agua de mar OER.
• La incorporación de iridio mejora significativamente la actividad catalítica y la estabilidad.
• El rendimiento mejorado se atribuye a la formación intermedia acelerada en los sitios de Ni e Ir.
• Este trabajo abre caminos para el uso de metales 5d en materiales LDH para diversas aplicaciones más allá de la división del agua de mar.