Átomos individuales de Ir de alta valencia mejoran la electrocatálisis de evolución de oxígeno

Área de la Ciencia:

• Ciencia de Materiales
• Electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los átomos individuales de metales de alta valencia ofrecen una actividad electrocatalítica superior debido a la rápida transferencia de electrones.
• La síntesis de estos catalizadores es difícil ya que son inestables en condiciones de preparación estándar.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una estrategia robusta para la síntesis de catalizadores estables de átomos individuales de alta valencia.
• Investigar el rendimiento electrocatalítico de átomos individuales de Ir3+ dispersos atómicamente en una matriz de NiS2 para la reacción de evolución de oxígeno (OER).

Principales métodos:

• Se sintetizaron átomos individuales de Ir3+ dispersos atómicamente mediante la sustitución de sitios de la red de Ni en NiS2 por Ir.
• La coordinación con átomos de azufre adyacentes estabilizó las especies de Ir.
• Se emplearon cálculos de teoría de funcionales de densidad (DFT) para comprender la estructura electrónica y el mecanismo catalítico.

Principales resultados:

• El catalizador sintetizado demostró un rendimiento excepcional en la OER, alcanzando una densidad de corriente de 10 mA cm-2 a un bajo sobrepotencial de 190 mV.
• Los cálculos de DFT indicaron que el alto estado de oxidación de Ir desplaza el centro de la banda d de Ni, mejorando la adsorción de OOH* y acelerando la cinética de la OER.
• El soporte de sulfuro de NiS2 resultó eficaz para estabilizar el alto estado de oxidación del iridio.

Conclusiones:

• Se estableció un método fiable para la construcción de catalizadores estables de átomos individuales de alta valencia.
• El estudio destaca el papel crucial de los soportes de sulfuro en la estabilización de altos estados de oxidación para la electrocatálisis avanzada.
• El catalizador desarrollado muestra un potencial significativo para reacciones eficientes de evolución de oxígeno.