Activación del mecanismo de oxígeno de doble enrejado de metales con sitios generados in situ para la evolución de...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los catalizadores de metales no preciosos de alto rendimiento son cruciales para la reacción de evolución del oxígeno ácido (OER) en los electrolizadores de agua de membrana de intercambio de protones (PEMWE).
• Los catalizadores actuales a menudo enfrentan desafíos con la actividad, la estabilidad y el costo, lo que limita la eficiencia de PEMWE.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un nuevo catalizador de alto rendimiento sin iridio/rutenio para la reacción de evolución del oxígeno (OER) en medios ácidos.
• Investigar las propiedades estructurales y electrónicas de la heteroestructura Ag/MnO para mejorar la actividad y la estabilidad de los OER.

Principales métodos:

• Síntesis de nanopartículas de plata (Ag) cargadas en una heterostructura de nanorodos de óxido de manganeso (MnO) (Ag/MnO).
• Caracterización electroquímica del rendimiento OER en 0,5 M H2SO4.
• Operando la espectroscopia de absorción de rayos X (XAS) y los cálculos teóricos (DFT) para aclarar los mecanismos de reacción y la estabilidad.

Principales resultados:

• El catalizador Ag/MnO alcanzó un sobrepotencial de 196 mV a 10 mA cm-2 para el OER en solución ácida.
• Ha demostrado una estabilidad excepcional, funcionando en un PEMWE durante más de 300 horas a 200 mA cm-2.
• Los cálculos de Operando XAS y DFT revelaron que el trazo de Ag promueve sitios de Mn3+-O con vacíos de oxígeno, lo que permite una vía mediada por oxígeno de doble sitio metálico y suprime la disolución de Mn.

Conclusiones:

• La heterostructura Ag/MnO representa uno de los mejores catalizadores OER no-Ir/Ru reportados hasta la fecha para aplicaciones ácidas.
• El efecto sinérgico entre Ag y MnO mejora la cinética OER y la estabilidad estructural mediante la activación del oxígeno en la celosía y la supresión de la disolución del metal.
• Este diseño de catalizador ofrece una vía prometedora para una producción de hidrógeno rentable y eficiente a través de las PEME.