Electrocatalizadores de óxido de rutenio estabilizados con tantalio para la electrólisis industrial del agua

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• El óxido de iridio (IrO2) es el estándar industrial para los catalizadores de reacción de evolución de oxígeno (OER) en los electrolizadores de agua de membrana de intercambio de protones, pero es escaso y costoso.
• El óxido de rutenio (RuO2) es una alternativa potencial debido a su alta actividad, pero sufre de mala estabilidad, lo que limita su uso práctico.

Objetivo del estudio:

• Investigar los mecanismos de corrosión del RuO2 y desarrollar estrategias para estabilizar este prometedor electrocatalizador.
• Mejorar la estabilidad y la actividad intrínseca de RuO2 para una reacción de evolución de oxígeno eficiente.

Principales métodos:

• Se utilizaron modelos de superficie extendida bien definidos para estudiar la corrosión dependiente de la estructura del RuO2.
• Utilizó dopaje de Tantalum (Ta) para estabilizar el RuO2.
• Se han llevado a cabo demostraciones a escala industrial del electrocatalizador de RuO2 dopado con Ta (Ta-RuO2).

Principales resultados:

• Se ha identificado la corrosión dependiente de la estructura que conduce a la disolución de Ru como el modo de falla primario para RuO2.
• El dopaje estabilizó eficazmente el RuO2 contra la corrosión y mejoró su actividad intrínseca.
• En una prueba industrial de 2800 horas, Ta-RuO2 exhibió una estabilidad comparable a la de IrO2 con una baja tasa de desintegración de rendimiento (~ 14 μV/h).
• A 1 A/cm2, Ta-RuO2 mostró un exceso de potencial significativamente más bajo (330 mV menos) que IrO2.

Conclusiones:

• El dopaje con tantalio es una estrategia muy eficaz para estabilizar los electrocatalizadores de óxido de rutenio para la reacción de evolución del oxígeno.
• Ta-RuO2 presenta una alternativa viable, estable y de alto rendimiento al óxido de iridio para la electrólisis industrial del agua.
• Este avance puede conducir a una producción de hidrógeno verde más rentable y eficiente.