Óxido de tierras raras de alta entropía modificado por Pt para una evolución eficiente del hidrógeno en entornos de...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Energía renovable

Sus antecedentes:

• Los catalizadores eficientes y estables son cruciales para la producción de hidrógeno mediante la electrólisis del agua para hacer frente a la crisis energética.
• El desarrollo de catalizadores que funcionen con eficacia en un amplio rango de pH sigue siendo un desafío importante.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar nuevas nanopartículas de platino (Pt NPs) ancladas en óxidos de tierras raras de alta entropía (HEREOs) para una producción de hidrógeno altamente eficiente.
• Investigar el rendimiento electroquímico y la estabilidad de estos nuevos catalizadores en diversos entornos de pH.

Principales métodos:

• Síntesis de Pt NPs anclados en HEREOs (específicamente Pt- ((LaCeSmYErGdYb) O).
• Caracterización electroquímica que incluye mediciones de sobrepotencial para densidad de corriente de 100 mA cm-2 en electrolitos ácidos, alcalinos y neutros.
• Prueba de durabilidad a alta densidad de corriente y temperatura elevada.
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para comprender el mecanismo catalítico.

Principales resultados:

• El catalizador Pt-HEREO demostró un excelente rendimiento, requiriendo bajos sobrepotenciales (12 mV en H2SO4, 57 mV en KOH, 77 mV en PBS) para 100 mA cm-2.
• Se observó una estabilidad excepcional, funcionando a 400 mA cm-2 a 60 °C durante 100 horas en medios ácidos.
• Logró una alta actividad de masa (37,7 A mg-1Pt) y una frecuencia de rotación (38,2 s-1), superando a los catalizadores de reacción de evolución de hidrógeno (HER) existentes.
• Los cálculos de DFT revelaron estructuras electrónicas optimizadas y unión intermedia debido a las interacciones Pt-HEREO.

Conclusiones:

• Los Pt NP anclados en HEREOs representan un electrocatalisador altamente eficiente y robusto para la reacción de evolución del hidrógeno (HER) en diversas condiciones de pH.
• El efecto sinérgico entre Pt y HEREOs mejora la transferencia de electrones y optimiza la cinética de la reacción.
• Este estudio ofrece una nueva estrategia para el diseño de electrocatalizadores avanzados basados en tierras raras para la producción sostenible de hidrógeno.