Múltiples vías de reacción para la evolución del oxígeno como un factor clave para la actividad catalítica de los...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Química computacional

Sus antecedentes:

• La oxidación del agua es crucial para las tecnologías de energía renovable.
• Los oxihidróxidos de níquel son electrocatalizadores prometedores para la oxidación del agua.
• La comprensión de los mecanismos catalizadores es clave para mejorar la eficiencia.

Objetivo del estudio:

• Investigar las propiedades estructurales y electroquímicas de los catalizadores de oxihidróxido de níquel puros y dopados con hierro.
• Elucidar el mecanismo atomístico de la reacción de evolución del oxígeno (OER) en medios alcalinos.
• Determinar el papel del dopaje de hierro en la mejora de la actividad catalítica.

Principales métodos:

• Simulaciones de última generación basadas en la teoría funcional de la densidad (DFT).
• Datos de espectroscopia de absorción de rayos X (XAS) para su validación.
• Comparación cuantitativa de las múltiples vías OER (AEM y LOM).

Principales resultados:

• Las simulaciones DFT capturaron con precisión los cambios estructurales experimentales durante la activación del catalizador.
• La transferencia de electrones acoplados a protones es crítica para la oxidación de Ni (II) a Ni (III/IV).
• El dopaje de hierro mejora significativamente la actividad de la OER al alterar el comportamiento de los enlaces Ni (IV) -O y Fe (IV) -O.
• Se identificaron motivos de metal-oxígeno-metal como sitios activos tanto para AEM como para LOM.

Conclusiones:

• El dopaje de hierro en los oxihidróxidos de níquel mejora la catálisis de la oxidación del agua.
• El papel del hierro consiste en reducir el potencial de los principales productos intermedios OER.
• Las simulaciones de DFT proporcionan información atómica sobre los mecanismos del catalizador, guiando el diseño futuro del catalizador.