Regulación de la cinética de Volmer-Tafel en la aleación NiPt_1% por el NiO oxífilo dopado con Y para mejorar la...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La reacción de evolución del hidrógeno alcalino (HER) es crucial para la energía limpia, pero su eficiencia está limitada por la cinética lenta, especialmente con catalizadores metálicos de carga ultrabaja.
• La superación de los cuellos de botella cinéticos de Volmer-Tafel en el HER alcalino sigue siendo un desafío importante para el desarrollo de electrocatalizadores rentables y altamente activos.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar un catalizador altamente eficiente para el HER alcalino utilizando metales de carga ultrabaja.
• Investigar el mecanismo catalítico y comprender el papel de los componentes integrados en la mejora del rendimiento de HER.
• Para abordar las limitaciones impuestas por la cinética de Volmer-Tafel en el HER alcalino.

Principales métodos:

• Fabricación de un nuevo catalizador mediante la integración de NiO dopado con Y con NiPt nanocristalino en espuma de níquel mediante electrodeposición de un solo paso.
• Caracterización electroquímica que incluye curvas de polarización, análisis de pendiente Tafel y pruebas de estabilidad a largo plazo.
• Experimentos in situ y pruebas de electrólisis de D2O para elucidar el mecanismo de reacción.
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para analizar las interacciones superficiales y las barreras de energía.

Principales resultados:

• El catalizador desarrollado alcanzó altas densidades de corriente (10 y 1000 mA cm−2) a bajos sobrepotenciales (21,2 y 178,5 mV) con una pendiente Tafel excepcionalmente baja de 27,8 mV dec−1.
• Se ha demostrado una actividad de masa ultraalta (42,7 mA μgPt-1 a 100 mV) y una notable estabilidad durante 2000 horas a 1 A cm-2.
• Los estudios in situ y los cálculos DFT revelaron que el Y-NiO mejora la cobertura de hidrógeno (*H), aumenta el paso de Volmer, fortalece la adsorción de agua y reduce las barreras de energía de activación tanto para los pasos de Volmer como para los de Tafel.

Conclusiones:

• La integración del Y-NiO oxífilo con el NiPt nanocristalino regula efectivamente la cinética de Volmer-Tafel para el HER alcalino.
• Este enfoque permite catalizadores metálicos de carga ultrabaja con una actividad, eficiencia y estabilidad superiores, lo que presenta una estrategia prometedora para la producción de hidrógeno.
• El estudio ofrece información valiosa sobre el diseño de catalizadores para superar las limitaciones cinéticas en las reacciones electroquímicas.