Transferencia de protones acelerada por soporte para catálisis de evolución de oxígeno mejorada

Área de la Ciencia:

• Electroquímica y ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• Los soportes de catalizadores se consideran tradicionalmente como materiales inertes para dispersar las especies activas.
• Los catalizadores de ingeniería para participar activamente en las reacciones, en particular la transferencia de protones, siguen siendo un área poco explorada.

Objetivo del estudio:

• Demostrar que los soportes de catalizadores pueden ser diseñados para participar activamente en las reacciones catalíticas.
• Investigar el papel de los soportes funcionales en la aceleración de la transferencia interfacial de protones durante la reacción de evolución del oxígeno (OER).

Principales métodos:

• Síntesis de racimos de óxido de iridio (IrO2) en soportes de fosfato de zirconio funcionalizados con hidroxilo y metilo (IrO2/OH-ZrP e IrO2/CH3-ZrP).
• Espectroscopia in situ, mediciones electroquímicas y cálculos teóricos para elucidar los mecanismos de reacción.
• Estudios de actividad OER dependientes de la rotación y mediciones de pH locales para proporcionar evidencia de la transferencia de protones mediada por el soporte.

Principales resultados:

• Los grupos hidroxilo en el soporte IrO2 / OH-ZrP participan directamente en el OER al bajar la barrera de desprotonación OOH, facilitando la transferencia de protones.
• Esto conduce a un mecanismo de transferencia de protones acelerado por soporte (SAEM, por sus siglas en inglés), distinto del mecanismo convencional de evolución de adsorbados (AEM, por sus siglas en inglés) observado para IrO2/CH3-ZrP.
• IrO2/OH-ZrP muestra una frecuencia de rotación 2,99 veces mayor que IrO2/CH3-ZrP a 300 mV de sobrepotencial.

Conclusiones:

• Los soportes de catalizador se pueden diseñar activamente para mejorar el rendimiento catalítico facilitando la transferencia de protones.
• La ingeniería de soporte es crucial para las reacciones limitadas de transferencia de protones, ofreciendo un nuevo paradigma más allá de la optimización activa del sitio.
• El mecanismo SAEM pone de relieve el potencial de los soportes funcionalizados para avanzar en el diseño de electrocatalisadores para OER y otras reacciones.