Crédito:Skoltech
Científicos de Rusia y Armenia han predicho una nueva reconstrucción de la superficie de RuO 2 eso explica el origen del almacenamiento de carga en supercondensadores. La miniaturización de los dispositivos electrónicos a escala nanométrica aumentará el papel de los efectos cuánticos y de superficie en términos de las propiedades y la estabilidad de todo el dispositivo. Por lo tanto, la ciencia de superficies se ha vuelto crucial para los futuros avances tecnológicos.
En el presente, RuO 2 es el material más utilizado para aplicaciones electrónicas como detección y catálisis. Se usa ampliamente en supercondensadores como material de cátodo. Sin embargo, RuO 2 ha desconcertado a los investigadores con respecto a su aplicación en supercondensadores.
Generalmente, El comportamiento supercapacitivo se produce como resultado del proceso de doble inserción protón-electrón. Cada átomo de hidrógeno (protón) adsorbido o intercalado inducirá una pseudocapacitancia en el material del cátodo. Los resultados experimentales muestran pseudocapacitancia en el RuO 2 cátodos, pero no puede explicar el origen del efecto, porque este proceso a escala atómica no puede examinarse utilizando las técnicas experimentales disponibles. Se ha dedicado una gran cantidad de investigación teórica a la superficie de RuO 2 con (110) orientación cristalográfica, que es más estable en condiciones ambientales. Todavía, el efecto de pseudocapacitancia permanece sin explicación.
"Predijimos la nueva reconstrucción termodinámicamente estable del RuO 2 superficie con (110) orientación cristalográfica, a saber, RuO 4 - (2 × 1). Esta reconstrucción tiene un átomo de Ru de cuatro coordenadas y cuatro átomos de oxígeno, dos de los cuales son de dos coordenadas y los otros dos son de una coordenada. Una investigación detallada de la estabilidad muestra que una reconstrucción recién predicha tiene menor energía superficial en comparación con las superficies y terminaciones de superficie previamente estudiadas con orientación cristalográfica (110), y debe formarse incluso en condiciones ambientales, que no contradice los datos experimentales, "dijo Alexander Kvashnin, investigador del Skoltech Center for Electrochemical Energy Storage y uno de los autores del estudio.
Para discriminar entre modelos estructurales, Los científicos utilizaron los resultados de experimentos llevados a cabo mediante microscopía de transmisión de barrido (STM). Simularon las imágenes STM de RuO 4 - (2 × 1) reconstrucción junto con una serie de superficies y reconstrucciones propuestas anteriormente y comparó las simulaciones con imágenes STM disponibles experimentalmente. Para su sorpresa, no encontraron diferencias entre las imágenes, lo que los hacía difíciles de distinguir en los experimentos. Aunque es igualmente coherente con las imágenes STM experimentales, La reconstrucción prevista es de menor energía y, por lo tanto, es preferible.
Una investigación adicional de las propiedades electroquímicas muestra que la adsorción de hidrógeno con respecto a la reconstrucción prevista es energéticamente favorable, exhibiendo una influencia predominante de la intercalación del hidrógeno en la superficie del cátodo, lo que contribuiría a la pseudocapacidad. Estos resultados están en marcado contraste con los resultados obtenidos de otras reconstrucciones de superficie y terminaciones en las que la intercalación de hidrógeno es desfavorable.
"Combinando los datos sobre la energía superficial más baja del RuO recién predicho 4 - (2 × 1) reconstrucción de la superficie de (110) superficie de RuO2, la combinación perfecta de imagen STM simulada con datos experimentales y propiedades electroquímicas estudiadas, explicamos la contribución de la reacción redox superficial a la pseudocapacidad de RuO 2 cátodos, que se debe a la estructura atómica especial de la reconstrucción de la superficie de (110) superficie, ", dijo Kvashnin. Los resultados de su estudio se publicaron recientemente en Informes científicos .
