Un recubrimiento poroso a base de cerio aumenta la durabilidad de los catalizadores formadores de oxígeno al tiempo que mantiene su actividad inherente de división del agua.

La eficiencia de separar el hidrógeno y el oxígeno del agua podría aumentarse utilizando electrocatalizadores rentables que combinan alto rendimiento y robustez. Los investigadores de KAUST han desarrollado un recubrimiento que protege los catalizadores de separación de agua dedicados a la denominada evolución de oxígeno sin reducir su actividad electroquímica.

El hidrógeno transporta una energía sustancial. Los grandes esfuerzos para aislar del agua esta prometedora fuente de combustible limpio han dado lugar a enfoques electroquímicos, como la electrólisis del agua y la división del agua impulsada por la luz. Estos métodos generalmente se basan en la formación de hidrógeno en el cátodo y el desprendimiento de oxígeno en el ánodo. Sin embargo, a diferencia de su homólogo de hidrógeno, La evolución de oxígeno suele ser lenta y requiere un sobrepotencial significativo, lo que significa que el ánodo consume más energía de la estimada termodinámicamente. Esto dificulta la producción general de hidrógeno.

Catalizadores de níquel-óxido de hierro, como NiFeOx, han demostrado ser muy activos para la reacción anódica pero son inestables en condiciones oxidativas severas. La exposición a un voltaje excesivo o soluciones alcalinas hace que estos catalizadores pierdan especies que contienen hierro, que se disuelven de los sitios activos y se desactivan gradualmente.

Para abordar este asunto, Doctor. el estudiante Keisuke Obata y el profesor de ciencia química Kazuhiro Takanabe han desarrollado una capa protectora para un ánodo de NiFeOx. La fina capa de óxido de cerio (CeOx) consistía en pequeñas partículas agregadas en una estructura porosa que solo permitía escapar a las moléculas de oxígeno generadas.

Según Takanabe, Este grupo de investigación generalmente introduce características funcionales a nanoescala en las superficies de los electrodos divisores de agua para mejorar el rendimiento. "Nuestro grupo ha encontrado muchos recubrimientos nanoestructurados para el cátodo de desprendimiento de hidrógeno, pero ninguno que pudiera cubrir de manera estable la superficie del ánodo de evolución de oxígeno, " él dice.

Sobre la base de su experiencia en los recubrimientos catódicos, los investigadores idearon un nuevo recubrimiento para el catalizador de evolución de oxígeno:deposición anódica de iones Ce3 +, que se oxidaron y precipitaron como una capa de CeOx bajo voltaje aplicado. "No esperábamos que la especie de cerio mejorara la estabilidad de los catalizadores de óxido de hierro y níquel al comienzo del proyecto, "dice Obata, señalar que, si bien la estabilidad es un factor importante para la catálisis, la reactividad es fundamental.

La capa de CeOx mantuvo la reactividad intrínseca del electrocatalizador debajo y, como consecuencia, sólo añadió permeabilidad selectiva y durabilidad al electrodo. Un fenómeno similar ocurrió para un electrocatalizador de cobalto anódico recubierto de CeOx, lo que significa que esta deposición funcionará a través de varios catalizadores de desprendimiento de oxígeno.

El equipo de Takanabe está investigando actualmente diferentes materiales para perfeccionar las propiedades de su recubrimiento. "Estamos probando nuestros materiales en condiciones relevantes para la industria, " él añade.