Las partículas mesoporosas monocristalinas como catalizadores robustos y eficientes de la evolución del oxígeno ácido

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La escasez de iridio (Ir) dificulta su uso en la reacción de evolución del oxígeno ácido (OER).
• Los catalizadores convencionales se enfrentan a desafíos de estabilidad y eficiencia en entornos ácidos.
• El desarrollo de electrocatalizadores eficientes y estables es crucial para la electrólisis del agua.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un catalizador de óxido de cobalto mesoporoso (Co3O4) con iridio atomicamente disperso para una reacción de evolución ácida del oxígeno (OER) eficiente y estable.
• Investigar el papel del dopaje de iridio en la mejora de la estabilidad estructural y la actividad catalítica del Co3O4.
• Explorar el potencial del iridio monoatómico en el Co3O4 mesoporoso para aplicaciones de electrólisis del agua.

Principales métodos:

• Síntesis de espinel monocristalino mesoporoso Co3O4.
• Dispersión atómica del iridio en estado de baja valencia sobre el Co3O4.
• Análisis del diagrama de Pourbaix de superficie para comprender la pasivación y la estabilidad de la superficie.
• Pruebas electroquímicas para el rendimiento y la estabilidad de la reacción de evolución del oxígeno (OER).
• Mediciones de la velocidad de lixiviación del iridio y el cobalto.

Principales resultados:

• Se sintetizó con éxito el Co3O4 mesoporoso con Ir dispersado atómicamente (13,8% en peso).
• El dopaje mejoró la estabilidad estructural del Co3O4 en condiciones ácidas.
• El catalizador activó la superficie de Co3O4 ((111) pasivada con O* a través de los sitios de puente de Co-Ir, aumentando la actividad intrínseca.
• Las tasas de Ir y Co leaching se redujeron significativamente (1/4 y 1/5, respectivamente) en comparación con los catalizadores convencionales.
• El catalizador alcanzó un bajo sobrepotencial (η10) de 248 mV durante más de 100 horas.

Conclusiones:

• El iridio dispersado atómicamente en el Co3O4 mesoporoso es una estrategia eficaz para superar la escasez de iridio para los OER ácidos.
• El catalizador desarrollado demuestra una excelente actividad, estabilidad y reducción de la lixiviación del metal.
• Este trabajo muestra un potencial significativo para electrocatalizadores avanzados en la electrólisis del agua.