Sub-4 nm Ru-RuO₂ Nanojunción de Schottky como catalizador para la oxidación duradera del agua ácida

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• El dióxido de rutenio (RuO2) muestra una alta actividad intrínseca para la oxidación del agua, lo que lo convierte en un posible sustituto del dióxido de iridio (IrO2) en los electrolizadores de membrana de intercambio de protones (PEM).
• Sin embargo, los catalizadores de RuO2 sufren de una baja estabilidad a largo plazo debido a la sobreoxidación, lo que limita su aplicación práctica.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un catalizador altamente activo y estable basado en Ru para la oxidación del agua en electrolizadores PEM.
• Investigar el mecanismo detrás de la estabilidad mejorada de la nueva estructura del catalizador.

Principales métodos:

• Preparación de nanojunciones de Schottky Ru-RuO2 sub-4 nm (Ru-RuO2-SN) mediante una reacción de microondas.
• Evaluación electroquímica en sistemas de tres electrodos y dispositivos de electrolizar PEM.
• Análisis de los mecanismos de reacción mediante cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT).

Principales resultados:

• El catalizador Ru-RuO2-SN demostró una alta actividad, requiriendo solo 165 mV de sobrepotencial para 10 mA·cm-2, y una estabilidad excepcional a largo plazo (1400 h) sin degradación.
• En un electrolizador PEM, el catalizador alcanzó 1,0 A·cm-2 a 1,6 V y mantuvo la estabilidad durante períodos prolongados (1100 h a 100 mA·cm-2, 100 h a 500 mA·cm-2).
• La tensión de la red y la transferencia de carga en la nanounión optimizaron la estructura electrónica, redujeron la sobreoxidación del rutenio y promovieron el mecanismo de la ruta del óxido (OPM).

Conclusiones:

• El catalizador Ru-RuO2-SN desarrollado ofrece una alternativa duradera y eficiente a base de Ru puro para la oxidación del agua, que coincide con la estabilidad de los catalizadores a base de iridio.
• Este trabajo proporciona una nueva estrategia para el diseño de electrocatalizadores estables y activos basados en Ru para aplicaciones energéticas.
• Los hallazgos allanan el camino para el avance de una tecnología de electrolizar PEM eficiente y rentable.