Rendimiento REA del material del ánodo Hf2B2Ir5, representado por voltamogramas de barrido lineal medidos durante el experimento de cronopotenciometría a largo plazo (0,1 M H2SO4, j =100 mA cm-2, t =0 ... 240 h). Recuadro:morfología del material Hf2B2Ir5 posterior. Crédito:© MPI CPfS
La electrólisis del agua es una forma electroquímica de producción de hidrógeno, que se considera como una de las futuras moléculas portadoras de energía. Por lo tanto, observando numerosas ventajas de la electrólisis de membrana de intercambio de protones en comparación con la variante alcalina clásica, Su eficiencia y aplicabilidad a gran escala es de gran importancia hoy en día. Sin embargo, la lenta cinética de la reacción de evolución de oxígeno del ánodo (REA) limita el proceso general de electrólisis y requiere un electrocatalizador activo y estable.
Tal necesidad inspiró a los científicos de los departamentos de Ciencia Química de Metales y Física de Materia Correlacionada en MPI CPfS junto con el Fritz-Haber-Institut en Berlín a emplear su experiencia de larga data en química de compuestos intermetálicos. características electrónicas de materia sólida y electrocatálisis para dar un paso adelante en esta desafiante dirección. Como resultado de un fructífero trabajo en equipo, El concepto de fases cooperativas con diferentes estabilidades en condiciones REA se demostró con éxito con el compuesto intermetálico Hf. 2 B 2 Ir 5 como electrocatalizador de optimización automática para REA.
Basado en análisis de enlaces químicos, el compuesto intermetálico Hf 2 B 2 Ir 5 tiene un tipo de jaula de estructura cristalina:las capas bidimensionales de B 2 Ir 8 las unidades están interconectadas por interacciones Ir-Ir de dos y tres centros con el marco polianiónico y los átomos de hafnio se alojan en tales jaulas aniónicas. Las características de las interacciones atómicas se reflejan en la estructura electrónica de Hf 2 B 2 Ir 5 y su comportamiento químico en condiciones REA.
Niveles del núcleo de Ir 4f en material Hf2B2Ir5:estado prístino (negro) y después de 240 h de cronopotenciometría a una densidad de corriente de 100 mA cm-2 (rosa). Las líneas de referencia están dibujadas para Ir 4f en intermetálico Hf2B2Ir5 (punteado negro), Ir elemental (rayas grises) y rutilo IrO2 (rayas rojas). Crédito:© MPI CPfS
La actividad electroquímica inicial de REA de Hf 2 B 2 Ir 5 se mantiene durante el funcionamiento continuo a densidades de corriente elaboradas de 100 mA cm -2 durante al menos 240 hy posiciona este material entre los electrocatalizadores de última generación basados en Ir. Las duras condiciones oxidativas de los REA activan los cambios limitados en la superficie del material prístino y, como resultado, el rendimiento electroquímico está relacionado con el trabajo cooperativo de la superficie terminada en Ir del propio compuesto ternario y los aglomerados de IrO. X (OH) y (ASI QUE 4 ) z partículas.
Estos últimos se forman principalmente debido a la oxidación de la fase secundaria HfB4Ir3 y la oxidación cercana a la superficie del compuesto investigado. La presencia de al menos dos estados de Ir activos en REA, se originó en el Hf 2 B 2 Ir 5 en condiciones REA, fue confirmado por el análisis XPS. Los datos experimentales (resultados electroquímicos, caracterización de materiales utilizando métodos sensibles a la superficie y al volumen, análisis elemental del electrolito usado) son consistentes con el análisis de enlace químico. El concepto ilustrado de fases cooperativas con diferentes estabilidades químicas en condiciones REA se puede explorar en otros sistemas y ofrece una perspectiva basada en el conocimiento para el descubrimiento de nuevos electrocatalizadores REA efectivos.
