Un modelo directo para cuantificar los gradientes de pH locales que rigen la reacción de evolución del oxígeno

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Catálisis
• Química Física

Sus antecedentes:

• Los electrocatalizadores pueden crear microambientes localizados con un pH distinto del de la solución a granel.
• Estos cambios de pH locales afectan significativamente las reacciones de transferencia de electrones acoplados a protones, influyendo en la eficiencia energética y la selectividad.
• Los estudios han caracterizado el pH local en reacciones reductivas, pero las reacciones oxidativas como la reacción de evolución del oxígeno (OER) siguen siendo menos exploradas debido a los desafíos técnicos.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un modelo predictivo para los gradientes de pH locales en función de la densidad de corriente.
• Observar y validar experimentalmente la formación y disipación del gradiente de pH durante el OER.
• Proporcionar información sobre el diseño de catalizadores para mejorar la eficiencia de la conversión de energía.

Principales métodos:

• Se desarrolló un modelo utilizando el pH a granel, la composición del amortiguador, el pKa y los parámetros de transporte de masa.
• Se utilizó un electrocatalizador de óxido de plomo (PbO2) estable en ácido para los estudios de la reacción de evolución del oxígeno (OER).
• Para validar el modelo y observar los gradientes de pH se utilizaron mediciones voltámetricas y potencialométricas.

Principales resultados:

• El modelo describe con éxito el pH local como una función de la densidad de corriente, independiente de los mecanismos de reacción específicos.
• Las observaciones experimentales confirmaron la formación y disipación de gradientes de pH durante el OER.
• Se identificó una ventana de densidad de corriente OER estrecha donde pueden desarrollarse entornos ácidos locales.

Conclusiones:

• El modelo desarrollado predice con precisión los gradientes de pH locales en las reacciones electrocatalíticas.
• Los hallazgos ponen de relieve la importancia de los catalizadores estables al ácido para el REA, incluso en medios básicos.
• El modelo es ampliamente aplicable a varias reacciones electrocatalíticas que implican la generación o el consumo de protones en la conversión de energía.