En situ formado encapsulado en carbono RuNi aleación y Ni heterointerfaz como un eficiente HER electrocatalyst para...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los catalizadores basados en rutenio (Ru) ofrecen una alta actividad para la reacción de evolución del hidrógeno (HER), pero sufren limitaciones cinéticas y poca estabilidad.
• El desarrollo de electrocatalizadores HER estables y eficientes es crucial para el avance de tecnologías de energía limpia como la división del agua.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar una nueva nanopartícula heterostructurada de RuNi/Ni encapsulada en carbono en una nanofibra de carbono (RuNi/Ni@C-CNF).
• Investigar el rendimiento y la estabilidad mejorados de HER del catalizador RuNi/Ni@C-CNF en medios alcalinos.
• Elucidar los efectos sinérgicos y las relaciones estructura-actividad que rigen las propiedades electrocatalíticas del catalizador.

Principales métodos:

• Estrategia de pirólisis in situ para la construcción de nanopartículas heterostructuradas en nanofibras de carbono.
• La impregnación de precursores junto con la reducción carbotérmica in situ para la carga de nanopartículas y la grafitización de nanofibra de carbono.
• Caracterización electroquímica que incluye mediciones de exceso de potencial, pruebas de estabilidad y evaluación completa del rendimiento del electrolizador.

Principales resultados:

• RuNi/Ni@C-CNF demostró una actividad HER excepcional con un bajo sobrepotencial de 9 mV a 10 mA cm−2 en 1 M KOH.
• El catalizador exhibió una notable estabilidad a largo plazo, manteniendo el rendimiento durante más de 300 horas.
• Un electrolizador ensamblado que utiliza RuNi/Ni@C-CNF como ánodo y cátodo alcanzó 10 mA cm−2 a una tensión baja de la célula de 1,49 V.

Conclusiones:

• La aleación de RuNi y la interfaz RuNi/Ni optimizan sinérgicamente la adsorción de hidrógeno y la cinética de disociación del agua.
• El encapsulado de carbono evita efectivamente la agregación de metales y protege los sitios activos de la corrosión alcalina.
• Este estudio presenta una estrategia prometedora para el diseño de catalizadores heterostructurados encapsulados de carbono avanzados para HER alcalina eficiente.