Ingeniería de interfaces a nivel atómico para una hidrogenación ácida eficiente y duradera de osmio a altas...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de Materiales
• Electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• El osmio (Os) es una alternativa rentable al platino (Pt) para los catalizadores de la reacción de evolución de hidrógeno (HER).
• Los catalizadores a base de Os carecen de estabilidad en medios ácidos debido a problemas como la sobreadsorción de H* y la disolución oxidativa.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un catalizador de átomos individuales de osmio (OsSA) altamente estable y activo para la reacción de evolución de hidrógeno (HER).
• Investigar el papel de un soporte de dióxido de cerio poroso (CeO2) en la mejora de la estabilidad y actividad del catalizador de Os.

Principales métodos:

• Se diseñó un soporte de CeO2 poroso para la dispersión atómica de Os.
• Se fabricó un catalizador de átomos individuales de osmio sobre CeO2 (OsSA-CeO2).
• Se evaluó el rendimiento electrocatalítico y la durabilidad del OsSA-CeO2 para la HER en condiciones ácidas.

Principales resultados:

• Se logró un anclaje interfacial del 100% de los átomos de Os en el soporte de CeO2 poroso, lo que evitó la agregación.
• El soporte de CeO2 poroso creó vacantes de oxígeno, facilitando la disociación de H2O y el suministro de protones.
• El OsSA-CeO2 exhibió más de 500 horas de durabilidad a 100 mA cm-2 sin decaimiento del rendimiento, superando a los catalizadores de HER a base de Os existentes.

Conclusiones:

• Los soportes de CeO2 porosos permiten el anclaje interfacial completo de los átomos metálicos activos, mejorando significativamente la estabilidad catalítica.
• La activación del soporte a través de vacantes de oxígeno facilita el suministro de protones y previene la disolución del catalizador, lo cual es crucial para la actividad sostenida de la HER.
• Esta estrategia ofrece un enfoque general para diseñar catalizadores robustos de átomos individuales para diversas reacciones electroquímicas.