Promoción mediada por nitrógeno del catalizador de evolución de oxígeno basado en cobalto para la electrólisis de...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• El óxido de iridio es crucial para los electrolizadores de membrana de polímero-electrolito, pero es escaso y caro.
• Los óxidos de metales de transición abundantes en la tierra carecen de la estabilidad a largo plazo requerida para aplicaciones industriales.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un catalizador estable y rentable para la reacción de evolución del oxígeno (OER) en la electrólisis del agua.
• Investigar el óxido de cobalto dopado con nitrógeno como sustituto potencial de los catalizadores de iridio.

Principales métodos:

• Óxido de cobalto sintetizado con nitrógeno.
• Evaluación del rendimiento del catalizador en el electrolito alcalino para el OER.
• Estabilidad del catalizador probada durante 1000 horas.
• Caracterizó la estructura electrónica del catalizador y el mecanismo OER.

Principales resultados:

• El catalizador alcanzó un bajo sobrepotencial de 240 mV a 10 mA cm−2.
• Se ha demostrado una actividad insignificante después de 1000 horas de funcionamiento.
• El dopaje de nitrógeno cambió el mecanismo OER y creó estados de no unión de oxígeno (O_NB), mejorando la estabilidad.
• Se logra 1000 mA cm-2 a 1,78 V con una eficiencia de 47,8 kWh/kg H2 en un electrolizador de agua de membrana de intercambio de aniones.

Conclusiones:

• El óxido de cobalto dopado con nitrógeno es un catalizador prometedor, estable y eficiente que abunda en la tierra para el REA.
• Este catalizador puede reemplazar eficazmente los escasos óxidos de iridio en los electrolizadores de agua para la producción de hidrógeno verde.
• Las propiedades electrónicas únicas inducidas por el dopaje de nitrógeno son clave para mejorar la estabilidad y el rendimiento del catalizador.