Reactividad y estabilidad de catalizadores de evolución de oxígeno con peso reducido de TiO para la membrana de...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La reducción de la demanda de iridio (Ir) es crucial para la viabilidad económica de los electrolizadores de agua con membrana de intercambio de protones (PEM WE) para la producción de hidrógeno verde.
• Los catalizadores basados en iridio son esenciales para la reacción de evolución del oxígeno (OER) en PEM WE, pero su alto costo requiere mejoras de eficiencia.

Objetivo del estudio:

• Descubrir y caracterizar un nuevo catalizador con contenido reducido de iridio para mejorar el rendimiento de la ERO en PEM WE.
• Investigar las relaciones estructura-actividad y la estabilidad del nuevo catalizador en condiciones de funcionamiento.

Principales métodos:

• Síntesis y caracterización de las nanopartículas de núcleo con carcasa de Ir@IrO(OH soportadas por TiO2.
• Evaluación electroquímica de la actividad y la estabilidad de OER utilizando técnicas como operando XAS e ICP-MS.
• Análisis microscópico (HAADF-EDX) para comprender la morfología del catalizador y las interacciones catalizador-suporte (CSI).

Principales resultados:

• El catalizador de núcleo de Ir@IrO(OH) /TiO2 logró una actividad de masa OER significativamente mejorada (aprox. 150 A gIr-1 en 1,53 VRHE) en comparación con las referencias comerciales.
• Se redujo la carga de iridio, reduciendo la utilización de iridio a 0,075 gIr kW-1, lo que permitió espesores viables de la capa del ánodo.
• El catalizador demostró una estabilidad morfológica excepcional y fuertes CSIs, con operando XAS revelando contracciones reversibles de enlaces Ir-O y la formación de especies electrófilas activas O{\displaystyle O}

Conclusiones:

• El catalizador de nanopartículas de núcleo Ir@IrO(OH con soporte de TiO2 ofrece una vía prometedora para reducir el consumo de iridio en la producción de hidrógeno verde.
• Las fuertes interacciones catalizador-soporte y la evolución dinámica del enlace Ir-O son clave para la mayor actividad y estabilidad catalítica.
• Los hallazgos allanan el camino para tecnologías de electrólisis de agua PEM más rentables y sostenibles.