Impulsar la electrocatálisis de la evolución del oxígeno ácido mediante la ingeniería del agua interfacial en la interfaz electrificada RuO2

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La optimización de las interfaces catalizador-electrolito es clave para las reacciones electroquímicas eficientes, particularmente la cinética de transferencia de protones.
• La estabilidad de la reacción de evolución del oxígeno ácido (OER) a menudo está limitada por la degradación del catalizador.

Objetivo del estudio:

• Mejorar la estabilidad a largo plazo de los OER ácidos utilizando catalizadores de dióxido de rutenio (RuO2).
• Investigar el efecto de la inserción intersticial de boro (B) en la estructura de agua interfacial de RuO2 y el rendimiento de OER.

Principales métodos:

• Síntesis de dióxido de rutenio insertado con boro (B-RuO2).
• Espectroscopía de absorción infrarroja con reflexión total mejorada en la superficie (ATR-SEIRAS).
• Monitoreo local del pH y simulaciones de dinámica molecular desde el principio (AIMD).

Principales resultados:

• La inserción de boro facilita la difusión de protones al mejorar la conectividad de la red de enlaces de hidrógeno, suprimiendo el colapso oxidativo de Ru.
• La reorientación interfacial del agua y el movimiento del oxígeno no enlazador lejos del nivel de Fermi reducen la corrosión estructural.
• B-RuO2 demuestra más de 1000 horas de funcionamiento OER estable a 10 mA cm-2 y alto rendimiento en un electrolizador de agua de membrana de intercambio de protones (PEMWE).

Conclusiones:

• La ingeniería de la estructura de agua interfacial mediante la inserción intersticial de boro es una estrategia novedosa para promover la estabilidad ácida del OER.
• Este enfoque mejora significativamente la cinética de difusión de protones y evita la degradación del catalizador, allanando el camino para diseños de electrolizadores más robustos.