Capas superficiales de Ni insertadas con oxígeno para aumentar la electrocatálisis de oxidación de hidrógeno alcalino

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La optimización de las estructuras electrónicas del electrocatalizador es crucial para una reacción de oxidación de hidrógeno alcalino (HOR) eficiente.
• Los catalizadores a base de níquel son alternativas prometedoras a los metales del grupo del platino para el HOR alcalino, pero requieren una mejora del rendimiento.
• Los catalizadores de Ni existentes carecen de la competitividad práctica necesaria para una aplicación generalizada.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una estrategia para adaptar con precisión las estructuras electrónicas de los electrocatalizadores de Ni.
• Para lograr una energía óptima de unión de hidróxido (OHBE) para mejorar el rendimiento HOR alcalino.
• Investigar el papel de la inserción de oxígeno superficial en la regulación de las propiedades electrónicas del catalizador de Ni.

Principales métodos:

• Utilizó la teoría orbital molecular y el modelo de banda d de Hammer-Nørskov para guiar el diseño del catalizador.
• Se utiliza una estrategia de inserción de oxígeno superficial mediante pirólisis a baja temperatura mediada por un marco metálico-orgánico.
• Caracterizó el catalizador de Ni insertado con oxígeno resultante (Ni@O_i-Ni) y evaluó su actividad HOR alcalina.

Principales resultados:

• El catalizador Ni@O_i-Ni demostró una actividad de masa récord de 85.63 mA mg^-1 para el HOR alcalino, una mejora de 40 veces sobre el Ni prístino.
• La inserción de oxígeno optimizó la estructura electrónica al mejorar la alineación del nivel de energía y reducir el relleno antiadherente, lo que condujo a una OHBE óptima.
• Se reveló una correlación lineal entre el OHBE y el contenido de oxígeno, y una correlación de tipo volcánico entre la fuerza de unión del OH y la actividad del HOR.

Conclusiones:

• La inserción superficial de oxígeno es una estrategia eficaz para ajustar la estructura electrónica y el entorno de coordinación de los catalizadores de Ni.
• La fuerza de unión de OH optimizada, lograda a través de la inserción de oxígeno, es crítica para la alta actividad HOR alcalina.
• Este enfoque ofrece una vía para electrocatalizadores basados en Ni altamente eficientes y competitivos para la reacción de oxidación de hidrógeno.