Optimización del entorno atómico sinérgico de los sitios duales níquel-hierro por co-dopaje y vacío de cromo para la...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los catalizadores de oxihidróxido de hierro de níquel (NiFeOOH) muestran una actividad limitada en la reacción de evolución del oxígeno alcalino (OER) debido a la adsorción subóptima en los sitios de Ni y Fe.
• La comprensión de los mecanismos catalíticos sinérgicos es crucial para el diseño de electrocatalizadores eficientes.

Objetivo del estudio:

• Mejorar la actividad y la estabilidad de los catalizadores de NiFeOOH para la reacción de evolución del oxígeno alcalino (OER).
• Investigar los efectos del dopaje de cobalto y las vacantes de cromo en el rendimiento catalítico y la estructura electrónica del NiFeOOH.

Principales métodos:

• Se emplearon cálculos de la teoría funcional de la densidad a gran escala (DFT) para comprender los mecanismos de adsorción y las propiedades electrónicas.
• Un catalizador amorfo, V_Cr, Co-NiFeOOH, fue sintetizado utilizando dopado de cobalto y vacíos de cromo.
• La espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS), la espectroscopia de absorción de rayos X blandos (XAS) y la estructura de absorción de rayos X cerca del borde (XANES) se utilizaron para la caracterización.

Principales resultados:

• El catalizador V_Cr,Co-NiFeOOH logró un sobrepotencial OER de 239 mV a 100 mA cm^-2 con una excelente estabilidad (>500 h).
• Un electrolizador de agua con membrana de intercambio aniónico (AEM) que utilizaba este catalizador demostró un alto rendimiento (1 A cm ^-2 a 1,68 V en 1 M KOH).
• La caracterización reveló que el co-dopaje aumenta la valencia y la adsorción de Ni, mientras que las vacantes de Cr reducen la adsorción de Fe, optimizando la sinergia de doble sitio de Ni-Fe.

Conclusiones:

• Las vacantes de codo y Cr modulan efectivamente el entorno atómico y la estructura electrónica de NiFeOOH, mejorando la actividad OER.
• El catalizador diseñado V_Cr,Co-NiFeOOH muestra un potencial significativo para la electrólisis eficiente y estable del agua.
• Los efectos sinérgicos en los sitios duales de Ni-Fe, optimizados por el dopaje y las vacantes, reducen la barrera energética del paso que determina la velocidad para el OER.