El deselenuro de paladio en capas pentagonales estables permite una rápida electrosíntesis de peróxido de hidrógeno

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La electrosíntesis del peróxido de hidrógeno (H2O2) a través de la reacción de reducción de oxígeno de dos electrones (2e-ORR) es crucial para aplicaciones como el tratamiento de aguas residuales.
• Los electrocatalizadores existentes a menudo carecen de la actividad, la selectividad o la estabilidad requeridas en condiciones de funcionamiento realistas, especialmente en medios neutros.
• La lixiviación del catalizador sigue siendo un desafío importante para la electrosíntesis práctica de H2O2.

Objetivo del estudio:

• Investigar el potencial del deselenido de paladio en capas (PdSe2) como electrocatalisador activo y estable para el 2e-ORR en condiciones neutras.
• Comprender la relación estructura-actividad de PdSe2 para la catálisis 2e-ORR utilizando enfoques experimentales y computacionales.
• Demostrar la viabilidad práctica de PdSe2 para la generación eficiente de H2O2 a altas densidades de corriente.

Principales métodos:

• Estudio experimental y computacional conjunto que emplea cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT).
• Síntesis hidrotermal de las nanoplacas de PdSe2.
• Mediciones electroquímicas que incluyen la voltametría cíclica y la cronoamperometría.
• Caracterización mediante difracción de rayos X (XRD) y espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS).
• Espectroscopia de absorción de rayos X sincrotrón (XAS) para la evaluación de la estabilidad.
• Configuración del electrodo de difusión de gas (GDE) para la acumulación de H2O2.

Principales resultados:

• PdSe2 en capas exhibe una estructura anillar pentagonal única, que facilita la catálisis activa y selectiva de 2e-ORR.
• Las predicciones computacionales indicaron comportamientos cinéticos distintos en el plano basal y los sitios de borde de PdSe2.
• Los nanoplaques PdSe2 sintetizados hidrotermalmente demostraron una actividad 2e-ORR superior en comparación con otros compuestos Pd-Se.
• PdSe2 en una GDE generó eficientemente H2O2 en una solución neutra tamponada a altas densidades de corriente.
• La estabilidad a largo plazo del dispositivo, el análisis de catalizador/electrolito y XAS confirmaron la robustez electroquímica de PdSe2.

Conclusiones:

• PdSe2 en capas es un electrocatalizador eficiente y estable para 2e-ORR en medios neutros.
• El motivo único de la estructura pentagonal de PdSe2 es clave para su mejor rendimiento catalítico.
• Este trabajo proporciona una nueva vía para el diseño de catalizadores estables 2e-ORR para la electrosíntesis práctica de H2O2.
• El PdSe2 ofrece una alternativa prometedora para aplicaciones que requieren producción de H2O2 bajo demanda, como el tratamiento descentralizado del agua.