Desacoplamiento de la Nucleación de Burbujas de la Catálisis para Potenciar la División del Agua Electrocatalítica...

Sus antecedentes:

• La división eficiente del agua exige bajos sobrepotenciales y resistencia reducida de las burbujas a altas densidades de corriente.
• Los métodos existentes enfrentan desafíos donde el manejo de burbujas entra en conflicto con la catálisis, obstaculizando la transferencia de masa y la accesibilidad del sitio.

Objetivo del estudio:

• Minimizar los sobrepotenciales en la división electroquímica del agua.
• Desacoplar la liberación de burbujas de la actividad catalítica para mejorar el rendimiento.
• Permitir el diseño racional de sistemas electrocatalíticos para operación a alta densidad de corriente.

Principales métodos:

• Incrustación de promotores de nucleación de CuₓO en matrices de nanohojas de NiO.
• Mediciones electroquímicas para evaluar el sobrepotencial.
• Imágenes de alta velocidad operando y aprendizaje profundo para el análisis de la dinámica de burbujas.
• Simulaciones de Teoría de Funcionales de Densidad (DFT) y Monte Carlo para obtener información mecanicista.

Principales resultados:

• Se observó una drástica reducción del sobrepotencial de activación y de transferencia de masa.
• Se cuantificó la aceleración de la dinámica de las burbujas de O₂ en la interfaz CuₓO/NiO/NF.
• Se identificó CuₓO como sitio de nucleación de burbujas de O₂ y promotor catalítico.

Conclusiones:

• La metodología de desacoplamiento burbuja-catálisis mejora eficazmente la división electroquímica del agua.
• CuₓO/NiO/NF logra una densidad de corriente de 3 A cm⁻² a 2.13 V.
• Este enfoque proporciona información mecanicista para el diseño de electrocatalizadores avanzados para aplicaciones de alta corriente.