Mejora mediada por sustrato del par Co3+/Co2+ para electrocatálisis de evolución de oxígeno altamente activa y...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La electroquímica es electroquímica.
• La catálisis de la catálisis.

Sus antecedentes:

• Los pares redox del metal trivalente/divalente (M³⁺/M²⁺) en los compuestos metálicos 3D (TMC) son cruciales para la reconstrucción de la superficie durante la reacción de evolución del oxígeno (OER).
• Las TMC se transforman en especies activas trivalentes de oxihidróxido metálico (MOOH), esenciales para la catálisis de OER.
• Aumentar el par redox M3+/M2+ es clave para mejorar el rendimiento de los OER.

Objetivo del estudio:

• Investigar una estrategia indirecta para impulsar el par redox M³⁺/M²⁺ en compuestos metálicos 3d para OER.
• Para demostrar la efectividad del uso de Ti₃C₂T_x MXeno como sustrato para mejorar el par Co³⁺/Co²⁺ en el fosfuro de cobalto (CoP).
• Desarrollar un electrocatalizador altamente activo y estable para la reacción de evolución del oxígeno.

Principales métodos:

• Síntesis de CoP@Ti₃C₂T_x electrocatalyst.Síntesis de CoP@Ti₃ C₂T_x electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst. electrocatalyst.
• Espectroscopia de absorción de rayos X cercana al borde (XANES) para validar el par de Co3+/Co2+ impulsado.
• Mediciones electroquímicas (sobrepotencial, pendiente Tafel) en un electrodo de carbono vidriado.
• Pruebas de estabilidad a largo plazo en un electrolizador de agua.
• Operando la espectroscopia de absorción infrarroja con superficie de reflexión total atenuada (ATR-SEIRAS), operando la espectroscopia Raman, y cálculos teóricos para dilucidar el mecanismo de reacción.

Principales resultados:

• El electrocatalizador CoP@Ti₃C₂Tx logró un sobrepotencial ultrabajo de 218 mV a 10 mA cm^-2 y una pendiente Tafel de 52 mV dec^-1.
• El catalizador demostró un funcionamiento estable durante más de 500 horas en un electrolizador de agua, superando el rendimiento de la mayoría de los electrocatalizadores de metales no nobles.
• Las técnicas operando y los cálculos teóricos revelaron un mecanismo de evolución del adsorbado (AEM) para CoP@Ti₃C₂T_x, combinando una alta actividad con una excelente estabilidad.

Conclusiones:

• La ingeniería de sustratos utilizando Ti₃C₂T_x MXene es una estrategia indirecta efectiva para impulsar el par redox M³⁺/M²⁺ en compuestos metálicos 3d.
• El electrocatalizador CoP@Ti₃C₂Tx ofrece un paradigma prometedor para el diseño de electrocatalizadores OER con alta actividad y estabilidad a largo plazo.
• Este enfoque proporciona una nueva vía para el desarrollo de electrocatalizadores avanzados para aplicaciones de conversión de energía.