Sitios de un solo átomo Cr-N₄ con alta oxophilicidad conectados con grupos atómicos Pt para la catálisis práctica de...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La dispersión de grupos atómicos de platino (AC) en soportes conductores es clave para una reacción de evolución eficiente del hidrógeno (HER).
• Sin embargo, los AC de platino a menudo sufren de mala actividad y estabilidad en medios alcalinos debido a problemas de disociación del agua y aglomeración.
• Estabilizar las CA de platino y mejorar su interacción con el agua es crucial para la HER alcalina.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un catalizador altamente activo y estable para el HER alcalino mediante la interfaz de sitios de cromo-nitrógeno de un solo átomo con AC de platino.
• Investigar el mecanismo detrás del rendimiento catalítico mejorado y la estabilidad.
• Para demostrar la eficacia del catalizador en un electrolizador de agua con membrana de intercambio de aniones (AEMWE).

Principales métodos:

• Síntesis de sitios de un solo átomo Cr-N4 conectados con Pt AC en el carbono mesoporoso.
• Caracterización electroquímica que incluye pruebas de actividad y durabilidad de HER.
• Estudios experimentales y teóricos (por ejemplo, cálculos DFT) para aclarar el mecanismo catalítico y las interacciones de enlace.

Principales resultados:

• El catalizador logró una actividad de masa Pt récord, 37,6 veces mayor que la Pt/C comercial.
• Se ha demostrado una estabilidad operativa excepcional en un AEMWE.
• Los datos experimentales y teóricos revelaron un enlace cuasi covalente Pt-Cr que estabiliza las Pt AC y facilita la disociación del agua.

Conclusiones:

• El nuevo diseño del catalizador estabiliza eficazmente las Pt AC y mejora la actividad alcalina de HER.
• La interfaz sinérgica entre los sitios Cr-N4 y los CA Pt es fundamental para un alto rendimiento y durabilidad.
• Este avance ofrece una vía prometedora para la producción eficiente y estable de hidrógeno en AEMWE.