Sinérgico Fe/Co Doping y Ingeniería de Vacante para RuO estable en OER ácido

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• El dióxido de rutenio (RuO2) es un catalizador clave para la reacción de evolución del oxígeno (OER) en los electrolizadores de agua de membrana de intercambio de protones (PEMWE).
• La estabilidad a largo plazo de RuO2 está limitada por la disolución de rutenio (Ru) en condiciones electroquímicas ácidas.

Objetivo del estudio:

• Mejorar la estabilidad y el rendimiento de los catalizadores basados en RuO2.
• Investigar los efectos combinados del dopaje de metales (Fe, Co) y la ingeniería de vacíos de oxígeno en la estabilidad de RuO2.

Principales métodos:

• Síntesis de catalizadores Fe-dopados y Co-dopados de RuO2 (Fe-RuOx, Co-RuOx).
• Caracterización electroquímica de la actividad catalítica y la estabilidad en electrolitos ácidos.
• Pruebas del electrolizador de agua de membrana de intercambio de protones (PEMWE).
• Simulaciones de la teoría funcional de la densidad (DFT) para aclarar los mecanismos de reacción.

Principales resultados:

• Los catalizadores Fe-RuOx y Co-RuOx mostraron un bajo sobrepotencial (191 mV y 203 mV a 10 mA cm-2) y una estabilidad sostenida (> 500 h) con una degradación insignificante.
• Las PEMWE que utilizan estos catalizadores dopados funcionaron de manera estable durante más de 250 h a 100 mA cm-2.
• El dopaje disminuyó la valencia de Ru y aumentó las vacantes de oxígeno, aumentando la actividad catalítica y suprimiendo la disolución de Ru.

Conclusiones:

• El dopaje combinado de metales y la ingeniería de vacíos de oxígeno mejoran efectivamente la estabilidad y el rendimiento de los catalizadores de RuO2 para OER.
• El Fe y el Co dopaje debilitan la adsorción de OOH* y aumentan la energía de reconstrucción de la superficie, lo que conduce a una mayor durabilidad.
• Esta estrategia ofrece información valiosa para el diseño de catalizadores avanzados basados en Ru para la electrólisis del agua ácida.