Papel del pH de los electrolitos en la oxidación del agua para los óxidos de iridio

Área de la Ciencia:

• La electrocatálisis
• Química de las superficies
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• El diseño de electrocatalizadores eficientes para la oxidación del agua es crucial para las tecnologías de conversión de energía.
• La comprensión de los fenómenos interfaciales, en particular las interacciones no covalentes, es clave para optimizar el rendimiento del electrocatalizador.
• El óxido de iridio (IrO2) es un electrocatalizador prometedor, pero su comportamiento varía significativamente entre los medios ácidos y alcalinos.

Objetivo del estudio:

• Investigar el papel de las interacciones no covalentes de los intermediarios en la interfaz polarizada del electrolito IrO2 en la cinética de la reacción de oxidación del agua (OER).
• Para aclarar las diferencias en la actividad OER de IrO2 en electrolitos ácidos versus alcalinos.
• Para correlacionar las propiedades interfaciales con la cinética OER observada experimentalmente.

Principales métodos:

• Espectroscopia óptica *operando* combinada, espectroscopia de absorción de rayos X (XAS) y espectroscopia de absorción de infrarrojos mejorada por superficie (SEIRAS) para sondear la interfaz catalizador-electrolito.
• Investigó la actividad de la reacción de evolución del oxígeno (OER) de IrO2 tanto en electrolitos ácidos como alcalinos.
• Se realizó un análisis cuantitativo de la energética de los estados activos implicados en el OER.

Principales resultados:

• Las especies OER activas (Ir4.x+-*O) presentan una mayor unión en electrolitos alcalinos en comparación con los electrolitos ácidos a baja cobertura.
• Las interacciones repulsivas entre especies activas son más pronunciadas en electrolitos alcalinos debido al aumento de agua en la capa de hidratación catiónica.
• A pesar de la unión intrínseca más fuerte en medios alcalinos, el aumento de las interacciones repulsivas conduce a un debilitamiento dependiente de la cobertura, lo que resulta en energías de estado activo similares en ambos electrolitos a potenciales relevantes.

Conclusiones:

• Las interacciones no covalentes y el pH del electrolito juegan un papel crítico en la modulación de la actividad OER de IrO2.
• La estabilización de los intermedios oxigenados y las interacciones de largo alcance están influenciadas por la estructura de hidratación en la interfaz.
• Este estudio proporciona una comprensión mecanicista más profunda de la cinética OER más allá de los descriptores computacionales convencionales, explicando las observaciones experimentales para IrO2.