La desprotonación acelerada provocada por RuO fluorado permite una electrólisis de agua ácida eficiente y estable

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los catalizadores basados en rutenio son cruciales para los electrolizadores de agua de membrana de intercambio de protones (PEMWE) rentables.
• Las condiciones ácidas severas en las reacciones de evolución del oxígeno (OER) causan la sobreoxidación del rutenio (Ru), reduciendo la actividad catalítica y la estabilidad.

Objetivo del estudio:

• Investigar un mecanismo mediado por iones fluoruro (F) en RuO2 para mejorar la actividad y la estabilidad de OER.
• Desarrollar un catalizador de alto rendimiento para aplicaciones OER ácidas.

Principales métodos:

• Síntesis de un catalizador de óxido de rutenio modificado (RuO1.86F0.14) que incorpora iones de fluoruro.
• Caracterización electroquímica del rendimiento del catalizador en el OER ácido.
• Pruebas de estabilidad a largo plazo del catalizador en condiciones OER y en PEME.

Principales resultados:

• El catalizador RuO1.86F0.14 optimizado exhibió un sobrepotencial ultrabajo de 153 mV a 10 mA cm-2.
• El catalizador demostró una excelente estabilidad, manteniendo el funcionamiento durante más de 980 horas con una baja tasa de degradación de 27 μV h-1.
• En PEMWE, RuO1.86F0.14 requería solo 1.63 V y funcionó de manera estable durante más de 100 horas a 1 A cm-2.

Conclusiones:

• Un mecanismo mediado por enlaces de hidrógeno activado por iones de fluoruro mejora la cinética ácida de los OER y la estabilidad del catalizador.
• La incorporación de fluoruro estabiliza el RuO2 al disminuir la covalencia del enlace Ru-O.
• La modulación aniónica ofrece una estrategia prometedora para el diseño de catalizadores ácidos OER de alto rendimiento para la electrólisis del agua.