Captura interfacial de agua reactiva y estabilización simultánea del oxígeno de la red para una evolución eficiente...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• El dióxido de rutenio (RuO2) es rentable para la reacción de evolución del oxígeno ácido (OER), pero se degrada rápidamente en conjuntos de electrodos de membrana (MEAs).
• Las densidades de corriente industriales exacerban la degradación de RuO2, lo que limita su uso práctico.
• Existe una necesidad crítica de electrocatalizadores estables y activos para los REA.

Objetivo del estudio:

• Diseñar un catalizador de doble función que aborde el dilema de la estabilidad de la actividad de RuO2 para el OER ácido.
• Para suprimir la oxidación de la red de oxígeno y atrapar agua reactiva interfacial utilizando dopaje de Al.
• Para mejorar la durabilidad y el rendimiento del catalizador en conjuntos de electrodos de membrana.

Principales métodos:

• Catalizador sintetizado de RuO2 (Al-RuO2) dopado con Al.
• Investigó el mecanismo OER utilizando enfoques teóricos y experimentales.
• Evaluación del rendimiento del catalizador en conjuntos de electrodos de membrana (MEA) bajo densidades de corriente industriales.

Principales resultados:

• Al dopaje cambió la vía OER del mecanismo de evolución de adsorbados mixtos (AEM) y el mecanismo de oxígeno en celosía (LOM) al exclusivo AEM.
• El fuerte enlace Al-O inhibió la disolución de Ru y preservó la integridad estructural.
• Al-RuO2 demostró una frecuencia de rotación 10 veces mayor que la de RuO2.
• Se obtiene un alto rendimiento de MEA (1,528 V a 1,0 A cm-2) y estabilidad (> 600 horas a 1,0 A cm-2).

Conclusiones:

• Al-RuO2 suprime efectivamente la oxidación de la red de oxígeno y atrapa el agua reactiva, resolviendo la compensación actividad-estabilidad.
• El cambio mecanicista a AEM exclusivo mejora la actividad y la durabilidad de OER.
• Al-RuO2 presenta una alternativa prometedora al RuO2 para las aplicaciones OER exigentes.