Ingeniería dirigida por aniones de hidróxidos dobles en capas de alta entropía para la catálisis de la evolución del...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• La producción eficiente de hidrógeno a través de la electrólisis del agua de la membrana de intercambio aniónico (AEMWE) requiere electrocatalizadores de reacción de evolución de oxígeno (OER) activos y duraderos.
• Los materiales de alta entropía ofrecen composiciones sintonizables y efectos sinérgicos para la electrocatálisis avanzada.

Objetivo del estudio:

• Investigar la influencia de diferentes aniones (sulfato, nitrato, cloruro) en las propiedades y el rendimiento OER de los hidróxidos dobles en capas de alta entropía (HELDH).
• Comprender cómo los cambios microambientales inducidos por aniones afectan la morfología de los nanomateriales, la estructura de la superficie y la actividad catalítica.

Principales métodos:

• Síntesis de hidróxidos dobles en capas de alta entropía (HELDH) utilizando Fe, Co, Ni, Mn y Zn con diferentes aniones.
• Caracterización de la morfología de los nanomateriales, la estructura de la superficie y las propiedades electroquímicas.
• Evaluación de la actividad y estabilidad de OER en medios alcalinos y como catalizadores de ánodo en AEMWE.
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para dilucidar el mecanismo de la actividad mejorada.

Principales resultados:

• Los aniones influyeron significativamente en la morfología de HELDH, produciendo nanohojas, nanocables y estructuras porosas parecidas a flores.
• Los HELDH basados en sulfato (HELDH-SO42-) muestran una arquitectura de nanohojas porosas con una actividad OER excepcional (282 mV a 100 mA cm-2) y estabilidad.
• HELDH-SO₄^2- demostró un rendimiento excepcional como catalizadores de ánodo en AEMWE.
• Los cálculos de DFT indicaron que las vacantes catiónicas y los iones sulfato adsorbidos reducen la barrera de energía de reacción.

Conclusiones:

• Los aniones juegan un papel fundamental en la sintonización de la relación estructura-función de los catalizadores de alta entropía.
• Los HELDH basados en sulfatos representan una estrategia prometedora para el diseño de electrocatalizadores de oxidación de agua de alto rendimiento.
• Los hallazgos proporcionan información para el desarrollo de catalizadores eficientes para la producción de hidrógeno a través de AEMWE.