Predicción teórica y verificación experimental de IrO apoyado en nitruro de titanio para la reacción de evolución de...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La reducción de la carga de iridio es clave para la producción rentable de hidrógeno a través de la electrólisis del agua mediante membrana de intercambio de protones (PEM).
• Lograr una alta actividad, estabilidad y bajo costo simultáneamente para los catalizadores de reacción de evolución del oxígeno ácido (OER) sigue siendo un desafío significativo.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un nuevo marco de catalizadores que combine predicciones teóricas y validación experimental para mejorar el REA ácido.
• Reducir el uso de iridio manteniendo o mejorando el rendimiento catalítico para la producción de hidrógeno a gran escala.

Principales métodos:

• Predicciones de la teoría funcional de la densidad (DFT) en las superficies del modelo.
• Verificación experimental mediante películas delgadas y catalizadores de nanopartículas (IrOx/TiN).
• Espectroscopia de absorción de rayos X in situ (XAS) para obtener información mecánica.

Principales resultados:

• DFT predijo una mayor actividad OER para IrOx/TiN en comparación con IrO2.
• Los catalizadores experimentales de IrOx/TiN demostraron un menor sobrepotencial, una mayor actividad de masa y una estabilidad de 250 horas a 10 mA cm-2.
• Los ensayos del electrolizador de agua PEM mostraron un voltaje de celda más bajo para IrOx/TiN en comparación con el IrO2 comercial.

Conclusiones:

• El alto rendimiento de IrOx/TiN se atribuye a la fuerte unión Ir-Ti y las interacciones electrónicas.
• La combinación de la predicción teórica con la validación experimental, especialmente utilizando modelos de película delgada, acelera el desarrollo de catalizadores prácticos.
• Este trabajo proporciona una vía para desarrollar catalizadores basados en iridio altamente activos y estables para el REA ácido, crucial para la generación eficiente de hidrógeno.