Identificación de sitios activos de Ni-N en catalizadores de Ni dispersos atómicamente para una reacción de evolución...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La reacción de evolución del cloro (CER) es crucial para la producción industrial de cloro a través del proceso cloro-alcalino.
• Los ánodos dimensionalmente estables (DSA) basados en el metal del grupo del platino (PGM) han dominado históricamente la catálisis de CER.
• Los catalizadores dispersos atómicamente (ADC) ofrecen una alternativa prometedora, pero aún dependen de los PGM.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar e investigar catalizadores dispersos atómicamente (ADC) no basados en PGM para la reacción electroquímica de evolución del cloro (CER).
• Identificar las tendencias en la reactividad del CER entre varios ADC que no sean PGM.
• Para aclarar los sitios activos responsables de la alta actividad de CER en los ADC no PGM.

Principales métodos:

• Síntesis de ADC no basados en PGM (Fe, Co, Ni, Cu).
• Evaluación electroquímica de la actividad y cinética del CER.
• Análisis in situ mediante espectroscopia de absorción de rayos X (XAS) y espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS).
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT).

Principales resultados:

• Los catalizadores basados en níquel mostraron la mayor actividad y cinética CER entre los catalizadores no PGM probados.
• La actividad de CER del Ni ADC superó a la de los DSA comerciales y los catalizadores no PGM previamente notificados.
• La espectroscopia in situ y los cálculos DFT identificaron el motivo Ni-N4 como el sitio activo primario para el CER.
• Los estudios de carga de Ni confirmaron el papel de los sitios de Ni-N4 en la producción de cloro.

Conclusiones:

• Los ADC no PGM, en particular los basados en Ni, son altamente eficaces para la reacción de evolución del cloro.
• El motivo Ni-N4 es un sitio activo clave para una catálisis eficiente de CER.
• Estos hallazgos apoyan el desarrollo de ADC libres de PGM para la producción industrial de cloro.