Nanoclústeres de Ir de alta eficiencia atómica en MoC@N-Carbon diseñado por láser para la evolución de hidrógeno de...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de Materiales
• Electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• El desarrollo de electrocatalizadores eficientes es crucial para las tecnologías de conversión de energía.
• El carburo de molibdeno (MoC) y el carbono dopado con nitrógeno (NC) son materiales prometedores, pero su actividad catalítica necesita ser mejorada.
• Los nanoclústeres de iridio (IrNC) pueden mejorar las propiedades catalíticas a través de efectos sinérgicos.

Objetivo del estudio:

• Sintetizar y caracterizar un novedoso electrocatalizador bifuncional que comprende nanoclústeres de iridio incorporados en una matriz de MoC/carbono dopado con N (IrNC/MoC@NC).
• Evaluar el rendimiento electrocatalítico de IrNC/MoC@NC para la reacción de evolución de hidrógeno (HER) y la reacción de oxidación de hidracina (HzOR) en medio alcalino.
• Dilucidar la relación estructura-actividad y comprender el origen de la actividad catalítica mejorada.

Principales métodos:

• Síntesis de IrNC/MoC@NC mediante autopolimerización e irradiación láser pulsada en líquidos (PLIL).
• Caracterización electroquímica que incluye mediciones de sobrepotencial para HER y HzOR.
• Espectroscopía Raman in situ y cálculos teóricos para estudiar las propiedades electrónicas interfaciales.
• Fabricación de un electrolizador de división de hidracina utilizando el catalizador sintetizado.

Principales resultados:

• El proceso PLIL mejoró eficazmente la cristalinidad del MoC y los defectos de N piridínico, permitiendo la ingeniería de defectos interfaciales.
• El IrNC/MoC@NC demostró una actividad electrocatalítica bifuncional excepcional, con sobrepotenciales ultrabajos para la HER (25 mV a 10 mA cm⁻²) y alta actividad másica para la HzOR (133,6 A g⁻¹).
• Se identificaron la polarización electrónica interfacial y la redistribución dinámica de carga en la interfaz Mo-Ir-N como factores clave para el rendimiento mejorado, en lugar de la unión covalente.

Conclusiones:

• El catalizador IrNC/MoC@NC exhibe un rendimiento electrocatalítico bifuncional superior en medio alcalino.
• La actividad mejorada se atribuye a la polarización electrónica interfacial y la ingeniería de defectos en la interfaz Mo-Ir-N.
• Un electrolizador simétrico basado en IrNC/MoC@NC logró una división de hidracina eficiente con excelente durabilidad, destacando su potencial para aplicaciones energéticas.