Operando Caracterización del Fe en el Ni-Dopado (Fe1-) O-H catalizadores para la evolución electroquímica del oxígeno

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los oxihidróxidos de níquel dopados con hierro (NiFeOH) son electrocatalizadores altamente eficaces para la reacción de evolución del oxígeno (OER) en medios alcalinos.
• El papel preciso del hierro (Fe) en la mejora de la actividad catalítica sigue siendo objeto de debate, con incertidumbre con respecto a su participación directa frente a un efecto promocional.

Objetivo del estudio:

• Aclarar el papel del hierro en los electrocatalizadores de óxido de níquel dopados con hierro durante la reacción de evolución del oxígeno.
• Investigar los cambios estructurales y electrónicos del NiFeOH bajo diferentes potenciales electroquímicos.

Principales métodos:

• Se empleó la espectroscopia de rayos X operando (XAS, EXAFS, HERFD, XES) para estudiar los electrocatalizadores de NiFeOH.
• Los cálculos de la Teoría Funcional de Densidad (DFT) y las simulaciones XAS se utilizaron para modelar las estructuras Fe y los estados electrónicos.
• Se realizó un ciclo electroquímico entre los potenciales de reposo y los potenciales operativos (1.10 V_RHE a 1.66 V_RHE).

Principales resultados:

• Se encontró que el hierro permanece en un estado formal de Fe (III), pasando de la coordinación octaédrica a la piramidal cuadrada con mayor covalencia.
• Los datos espectroscópicos y teóricos indican reordenamientos estructurales dependientes del potencial alrededor del Fe, favoreciendo un intermediario de simetría C4v.
• La evidencia sugiere que Fe posee un ligando débilmente coordinado o fácilmente disociable, potencialmente activo en la formación de enlaces O-O.

Conclusiones:

• El estudio proporciona pruebas sólidas de la participación activa del hierro en el mecanismo de reacción de la evolución del oxígeno.
• Los hallazgos sugieren que el entorno de coordinación local del hierro y la labilidad del ligando son clave para su mejor rendimiento catalítico.
• Este trabajo aclara el papel del Fe en los electrocatalizadores de NiFeOH, allanando el camino para un diseño de catalizador OER más eficiente.