La reacción de desprendimiento de oxígeno (OER) y la reacción de reducción de oxígeno (ORR) pueden considerarse dos trofeos en el campo de la utilización eficiente de la energía del hidrógeno. Sin embargo, en REA ácidos, se necesitaba un alto potencial aplicado y la estabilidad del catalizador es muy pobre, lo que resultó en la cinética lenta. Con catalizador Ru, el proceso se acelera significativamente. Crédito:CUI Jie
El combustible de hidrógeno está limpio, renovables y de alta eficiencia. La electrólisis del agua es una forma ideal de producir hidrógeno, sin embargo, requiere catalizadores activos y estables que hagan que este proceso sea más eficiente y económico. Sin catalizadores adecuados, convertir el agua en combustible parece demasiado bueno para ser verdad.
Afortunadamente, un estudio reciente acerca este sueño. El equipo del profesor Wu Yuen de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) preparó con éxito una especie de catalizador de aleación de un solo átomo de rutenio, lo que acelera enormemente el proceso de electrólisis del agua con menor sobrepotencial (220 mV).
El grupo preparó con éxito un catalizador de rutenio (Ru) de un solo átomo mediante ingeniería de defectos de superficie para capturar y estabilizar átomos individuales. El catalizador de Ru de un solo átomo ofrece un sobrepotencial 90 mV más bajo para alcanzar una densidad de corriente de 10 mA / cm 2 , y un orden de magnitud con una vida útil más larga que la del RuO comercial 2 .
En este estudio, Los investigadores construyeron una serie de Ru1 con soporte de aleación utilizando diferentes aleaciones de PtCu mediante grabado ácido secuencial y lixiviación electroquímica. También encontraron una relación volcánica entre la actividad de la reacción de evolución de oxígeno (REA) y la constante de celosía de las aleaciones de PtCu. Las investigaciones de la teoría funcional de la densidad revelan que la tensión compresiva del caparazón de piel de Pt diseña la estructura electrónica del Ru1, permitiendo la unión optimizada de especies de oxígeno y una mejor resistencia a la sobreoxidación y disolución.
Ru se dispersó atómicamente en un soporte metálico. En ambiente ácido de electrolitos, Las moléculas de agua se adsorbieron en el átomo de Ru del sitio activo bajo el potencial aplicado, y luego el catalizador de Ru de un solo átomo aumenta la electrólisis del agua ácida produciendo oxígeno a través del mecanismo OOH. (Púrpura, azul, bolas rojas y blancas representa Ru, Pt, Átomos de O y H, respectivamente.) Crédito:WU Yuen
En comparación con los sistemas basados en Iridium, que tienen mejor resistencia a la disolución, Los basados en Ru tienen reservas más abundantes y se ha evaluado como un catalizador REA más activo debido a su menor sobrepotencial.
Esta investigación hace que la producción de hidrógeno a través de la electrólisis del agua sea más fácil y eficiente. y permite que la gente vea el gran potencial del hidrógeno como una nueva energía alternativa en el futuro.
Sin embargo, hasta ahora, el problema de estabilidad del catalizador no se ha resuelto por completo. "Todavía quedan muchas exploraciones para mejorar aún más el sistema de reacción y vamos a seguir diseñando experimentos y tratando de encontrar la mejor manera de impulsar la actividad y la estabilidad de los catalizadores". dijo Ph.D. YAO.
