Mostrado arriba demuestra la estructura teóricamente predicha de Fe 3 Co (PO 4 ) 4 @rGO. El hierro (Fe) se indica en amarillo, cobalto (Co) en azul, ácido fosfórico (P) en violeta, oxígeno (O) en rojo, e hidrógeno (H) en blanco. Crédito:UNIST
Un estudio reciente, afiliado al Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan de Corea del Sur (UNIST) ha informado de un electrocatalizador de Fe a base de fosfato 3 Co (PO 4 ) 4 / óxido de grafeno reducido (rGO) (1) para REA, que se predice que es muy activo por la teoría de la función de densidad (DFT).
Ha habido mucho interés en "el hidrógeno que rompe las moléculas de agua para generar electricidad" como una energía respetuosa con el medio ambiente para reemplazar los combustibles fósiles. Al mismo tiempo, Es importante aumentar la eficiencia de la reacción de descomposición del agua para usar menos electricidad. y se han desarrollado catalizadores económicos de alto rendimiento para ayudar en las importantes reacciones generadoras de oxígeno.
Un equipo de investigación dirigido por el distinguido profesor Kwang S. Kim en la Facultad de Ciencias Naturales de UNIST ha informado sobre un electrocatalizador de Fe a base de fosfato 3 Co (PO 4 ) 4 / óxido de grafeno reducido (rGO) (1) para REA, que se predice que es muy activo por la teoría de la función de densidad (DFT). El nuevo catalizador es llamativo, con una mejora del rendimiento del 25% con respecto a los costosos catalizadores disponibles comercialmente.
En la reacción de descomposición del agua, Las reacciones que producen hidrógeno y oxígeno ocurren simultáneamente. Sin embargo, la reacción de generación de oxígeno de los dos es relativamente lenta para reducir la eficiencia de la reacción de descomposición del agua en general. Para superar este problema, El óxido de iridio (IrO₂) y el óxido de rutenio (RuO₂) se utilizan como catalizadores para las reacciones de generación de oxígeno para aumentar la velocidad de reacción. pero son menos estables que un rendimiento excelente. Además, Los metales nobles caros como el iridio y el rutenio tienen la limitación de que los componentes principales.
El equipo desarrolló un nuevo catalizador generador de oxígeno que utiliza materiales económicos y es altamente eficiente y estable. Sultan es un material en el que el hierro (Fe), el cobalto (Co) y el ácido fosfórico (P) se colocan sobre un soporte de óxido de grafeno diseñado por un investigador de química de UNIST. Según la dirección de la investigación, Hamilan, un investigador de química de UNIST, usó una supercomputadora para calcular materiales de diversas composiciones que el hierro y el cobalto podrían combinar con el ácido fosfórico.
En el caso de un electrocatalizador a base de fosfato, la reacción de desprendimiento de oxígeno tiene lugar en átomos de hierro y cobalto. La distribución de electrones y enlaces químicos alrededor de estos átomos determina la eficiencia de la reacción de evolución de oxígeno. Para los catalizadores recientemente desarrollados, se calculó el ácido fosfórico añadido para optimizar esta fracción. El equipo sintetizó estos materiales predichos teóricamente y los demostró experimentalmente.
El nuevo catalizador es más de un 25% más eficiente que los catalizadores comerciales de óxido de iridio. La eficiencia catalítica se evalúa como "sobretensión, "la cantidad de energía eléctrica adicional que entra en la reacción. El óxido de iridio requirió 303 milivoltios (mV) para obtener una densidad de corriente de 100 miliamperios (mA) por 1 cm 2 de catalizador, pero solo 237 mV para el nuevo catalizador. Este valor está cerca del valor predicho teóricamente.
El material recién sintetizado tiene una excelente estabilidad y rendimiento. Después de que más de 5000 reacciones no cambiaran significativamente estructuralmente, e incluso después de la reacción durante 70 horas no degradó la reactividad. Además, el soporte de óxido de grafeno que constituye el catalizador compensó la baja conductividad eléctrica del hierro / cobalto y el ácido fosfórico, que mostró mejor reactividad.
"A través de este estudio, Hemos desarrollado un catalizador que produce mucho más oxígeno que un catalizador comercial caro y es varios cientos de veces más barato. ", dice el distinguido profesor Kim." Será útil para desarrollar catalizadores para varios materiales energéticos ecológicos, como las pilas de combustible ".
Los hallazgos de esta investigación se publicaron en la edición de noviembre de 2019 de Comunicaciones de la naturaleza .
