Óxidos de Ir dopados con Nd e ingeniería de corto alcance para un mecanismo de ruta de óxido de alto rendimiento en...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de Materiales; Electroquímica; Catálisis

Sus antecedentes:

• La electrólisis de agua con membrana de intercambio de protones (PEMWE) requiere ánodos eficientes con bajo contenido de iridio.
• Los catalizadores convencionales a base de iridio presentan una compensación entre actividad y estabilidad.

Objetivo del estudio:

• Diseñar catalizadores de óxido de iridio amorfo dopado con neodimio (Nd-IrO_x) para PEMWE.
• Controlar con precisión la estructura de corto alcance y activar el mecanismo de ruta de óxido (OPM).

Principales métodos:

• Incorporación de Nd³⁺ en una matriz de IrO_x amorfo.
• Optimización de octaedros [IrO₆] compartidos en los bordes para la distorsión de la red y la modulación electrónica.
• Caracterización del rendimiento del catalizador en medio ácido.

Principales resultados:

• Los catalizadores de Nd-IrO_x exhiben un sobrepotencial ultrabajo de reacción de evolución de oxígeno (OER) en medio ácido de 254 mV a 10 mA cm^-2 con una estabilidad de 520 h.
• La PEMWE con una carga ultrabaja de Ir (0.5 mg_Ir cm^-2) alcanzó la densidad de corriente relevante para el DOE (4 A cm^-2 a 1.9 V).
• Se demostró una notable estabilidad de 1000 h a 1 A cm^-2.

Conclusiones:

• La ingeniería de la estructura de corto alcance en óxidos a base de Ir es una estrategia viable para el diseño de catalizadores.
• Los catalizadores de Nd-IrO_x optimizados ofrecen información fundamental para el control de la ruta OER.
• Este enfoque facilita la producción eficiente de hidrógeno a través de un rendimiento y una longevidad mejorados del catalizador.