Aprovechamiento del acoplamiento oxo directo para la oxidación del agua duradera mediante ingeniería de deformación a...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales
• Electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los óxidos de iridio son catalizadores líderes para la reacción de evolución de oxígeno (OER) en la electrólisis del agua con membrana de intercambio de protones (PEMWE).
• El mecanismo convencional de evolución de adsorbato (AEM) está limitado por una alta barrera termodinámica asociada con los intermedios *OOH.
• Mejorar la eficiencia de la OER es crucial para avanzar en la electrólisis del agua y la producción de hidrógeno verde.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una estrategia novedosa de ingeniería de deformación para catalizadores de óxido de iridio.
• Modular la vía de la reacción de evolución de oxígeno y superar las limitaciones cinéticas.
• Mejorar la actividad y durabilidad de los catalizadores para la electrólisis del agua con membrana de intercambio de protones.

Principales métodos:

• Incorporación de erbio (Er3+) en el marco de IrO2 para crear catalizadores Er-IrOx.
• Utilización de deformación compresiva a nivel atómico para alterar la estructura electrónica y las vías de reacción.
• Investigación del cambio del mecanismo de evolución de adsorbato (AEM) al mecanismo directo de acoplamiento oxo (OPM).

Principales resultados:

• El catalizador Er-IrOx exhibió una pendiente de Tafel reducida de 70,55 mV dec⁻¹ y un sobrepotencial de 209 mV a 10 mA cm⁻².
• La reconfiguración inducida por la deformación cambió la vía de la OER al mecanismo directo de acoplamiento oxo (OPM), eludiendo intermedios de alta energía.
• El catalizador demostró un excelente rendimiento en un PEMWE práctico, logrando 6 A cm⁻² a 1,899 V y manteniendo la estabilidad durante más de 400 horas.

Conclusiones:

• La ingeniería de deformación compresiva a nivel atómico utilizando Er3+ es una estrategia eficaz para mejorar la catálisis de la OER.
• El catalizador Er-IrOx desarrollado ofrece una solución prometedora para una electrólisis del agua eficiente y duradera.
• Este enfoque proporciona un método generalizado para mejorar los catalizadores a base de iridio, apoyando la comercialización del hidrógeno verde.