El catalizador Co2 bien definido rompe las relaciones de escala de la reacción de reducción de oxígeno

Área de la Ciencia:

• Electroquímica y catálisis
• Ciencias de los materiales para aplicaciones energéticas

Sus antecedentes:

• La reacción de reducción de oxígeno de 4 electrones (ORR) es crucial para las células de combustible de hidrógeno alcalino, pero su cinética se ve obstaculizada por las relaciones de escala.
• Los catalizadores de metales no nobles existentes luchan con energías de unión intermedias óptimas, lo que limita la eficiencia.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar un nuevo catalizador de doble átomo para superar las limitaciones cinéticas de ORR.
• Investigar el mecanismo de la mejora de la actividad de la ORR utilizando métodos teóricos y experimentales.

Principales métodos:

• Síntesis de un complejo de cobalto binuclear (CO2) adsorbido en el negro de carbono como catalizador modelo de doble átomo.
• Caracterización electroquímica en el electrolito alcalino para medir el rendimiento ORR.
• Simulaciones de la teoría funcional de la densidad (DFT) y espectroscopia infrarroja in situ para elucidar los mecanismos de reacción.

Principales resultados:

• El catalizador de doble átomo de CO2 logró un potencial de media onda récord de 0.972 V frente a RHE en un electrolito alcalino.
• El DFT y la espectroscopia revelaron que la coordinación bidentada del intermedio *OOH lo estabiliza en el sitio de doble átomo.
• Esta estabilización redujo efectivamente la brecha de energía libre entre *OOH y *OH, interrumpiendo las relaciones de escala desfavorables.

Conclusiones:

• La alteración de la configuración de adsorción de los intermedios en los sitios de doble átomo puede superar las limitaciones intrínsecas de la relación de escala.
• El catalizador de doble átomo de CO2 desarrollado demuestra una actividad ORR superior, allanando el camino para tecnologías avanzadas de celdas de combustible de metales no nobles.