Nanopartículas de RuIr con co-dopaje para una mayor actividad y estabilidad en la división global del agua alcalina

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La producción sostenible de hidrógeno se basa en electrocatalizadores eficientes para la división general del agua.
• Los electrocatalizadores bifuncionales son cruciales para catalizar simultáneamente tanto la reacción de evolución del hidrógeno (HER) como la reacción de evolución del oxígeno (OER).
• Las aleaciones de rutenio-iridio (RuIr) son prometedoras, pero requieren una mayor optimización para una mayor actividad y estabilidad.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar electrocatalizadores bifuncionales altamente activos y estables para la división general del agua.
• Investigar el efecto del dopaje de cobalto (Co) en la estructura electrónica y el rendimiento catalítico de las aleaciones de RuIr.
• Aclarar los mecanismos sinérgicos entre los sitios de metales y las vacantes de oxígeno para mejorar la actividad OER.

Principales métodos:

• Síntesis de electrocatalizadores de aleación de RuIr con co-dopaje (Co-Ru_0,55Ir_0,45O_x).
• Caracterización electroquímica que incluye mediciones de sobrepotencial, análisis de la pendiente de Tafel y determinación de la frecuencia de rotación (TOF) para HER y OER.
• Investigación de las modificaciones de la estructura electrónica y identificación del sitio activo utilizando interacciones orbitales d-d y análisis de la vacante de oxígeno.

Principales resultados:

• Co-Ru_0.55Ir_0.45Ox demostró una actividad HER significativamente mejorada con un bajo sobrepotencial de 21.2 mV a 10 mA cm^-2 y una pendiente Tafel de 27.9 mV dec^-1.
• Se mejoró el rendimiento de OER, con un sobrepotencial de 242 mV a 10 mA cm-2 y una pendiente de Tafel de 41,8 mV dec-1 , atribuida a las especies Ru / Ir-O deficientes en oxígeno y un mecanismo sinérgico de vacío de oxígeno en el sitio metálico (MS-O v SM).
• El catalizador Co-dopado exhibió una excelente estabilidad debido a la aglomeración y disolución de partículas suprimidas, lo que permitió que un electrolizador Co-Ru_0.55 Ir_0.45 Co-Ru_0.55 Ir_0.45 lograra 10 mA cm^-2 a 1.51 V.

Conclusiones:

• El dopaje con cobalto es una estrategia eficaz para mejorar la actividad y la estabilidad de HER y OER en electrocatalizadores basados en RuIr.
• La estructura electrónica optimizada y la formación de vacíos de oxígeno son factores clave para mejorar el rendimiento catalítico.
• La aleación Co-doped RuIr muestra un potencial significativo para aplicaciones prácticas en la división general del agua para la producción sostenible de hidrógeno.