Degradación de fotoánodos basados en oxinitruro

Área de la Ciencia:

• Ciencia de Materiales
• Electroquímica
• Energía Renovable

Sus antecedentes:

• La división del agua fotoquímica (PEC) es crucial para la producción de hidrógeno verde y la descarbonización de la energía.
• La comercialización de la tecnología PEC depende de la mejora de la estabilidad de los materiales fotoelectrodos.
• La comprensión de los mecanismos de degradación es esencial para el desarrollo de fotoánodos de oxinitruro robustos.

Objetivo del estudio:

• Investigar los mecanismos de degradación de los fotoánodos a base de partículas de LaTiO2N utilizados en la división del agua por vía PEC.
• Identificar figuras de mérito adecuadas para cuantificar la estabilidad de los fotoánodos de oxinitruro.
• Proponer una figura de mérito alternativa basada en los procesos de decaimiento de la cronoamperometría.

Principales métodos:

• Mediciones de cronoamperometría a 1,23 V vs. RHE en un electrolito básico.
• Análisis de correlación semiempírica de la decaída de corriente utilizando una suma de dos términos exponenciales.
• Caracterización avanzada de materiales que incluye STEM-EDX/EELS, HREM, ICP-MS y XPS antes y después de la degradación.

Principales resultados:

• Se identificaron dos procesos distintos de decaimiento de corriente en las cronoamperometrías.
• Se propone la constante de tiempo del segundo término de decaimiento exponencial como una nueva figura de mérito para la estabilidad de los fotoánodos de oxinitruro.
• La evidencia experimental indica que la degradación es causada por la oxidación superficial y la disolución del cocatalizador de los fotoánodos de LaTiO2N.

Conclusiones:

• La figura de mérito propuesta, basada en la constante de tiempo de decaimiento del segundo exponencial, cuantifica eficazmente la estabilidad del fotoánodo de oxinitruro.
• La oxidación superficial y la disolución del cocatalizador son los principales contribuyentes a la disminución del rendimiento del fotoánodo de LaTiO2N.
• Esta investigación proporciona información crítica para el diseño de materiales fotoelectrodos más estables para una producción eficiente de hidrógeno verde.