La electrólisis del agua es un enfoque prometedor para generar hidrógeno mediante la transformación de energía eléctrica alimentada por energía sostenible en energía química almacenada en enlaces de hidrógeno.
Debido a la menor temperatura de funcionamiento, mayor eficiencia de voltaje, mayores densidades de corriente y mejor compatibilidad con los electrolizadores alcalinos tradicionales, el electrolizador de agua con membrana de intercambio de protones (PEMWE) se ha convertido en una tecnología prometedora para la generación de hidrógeno verde.
Sin embargo, la reacción de evolución de oxígeno del ánodo (REA) con una cinética de reacción lenta generalmente requiere un consumo excesivo de energía, lo que limita significativamente la eficiencia de PEMWE. Actualmente, el óxido de iridio (IrO2 ), que puede sufrir condiciones altamente oxidativas y corrosivas, se ha considerado como el catalizador anódico de última generación para PEMWE. Sin embargo, el alto costo asociado con la baja actividad masiva obstaculiza estrictamente la utilización a gran escala.
Por lo tanto, diseñar y explorar catalizadores rentables con alto rendimiento electrocatalítico y estabilidad frente a REA ácidos es de gran urgencia, pero aún sigue siendo un desafío.
Recientemente, el óxido de rutenio (RuO2 ) se considera una alternativa prometedora al IrO2 para REA ácidos debido a su alta actividad intrínseca y bajo precio.
Se sabe que aumentar el estado de oxidación inicial del Ru en RuO2 Promover la oxidación activa centrada en Ru es una estrategia eficaz para mejorar el rendimiento electrocatalítico. Con este fin, se han dedicado grandes esfuerzos a dopar elementos extraños para ajustar el estado de equilibrio de Ru en RuO2 catalizadores basados en, lo que lleva a una actividad mucho mejorada.
Sin embargo, la fácil sobreoxidación de los sitios Ru para formar RuO4 soluble 2- Las especies con alto potencial durante el proceso de REA generalmente resultan en el colapso de la estructura cristalina y la disolución de las especies de Ru, que es la verdadera razón de la estabilidad insatisfecha a largo plazo del RuO2 para REA ácidos.
Por lo tanto, desarrollar una estrategia eficiente para equilibrar la relación oscilante entre la estabilidad y la actividad del RuO2 Los catalizadores basados en PEMWE son esenciales, aunque desafiantes, para la aplicación práctica de PEMWE.
Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el Prof. Wei Luo de la Universidad de Wuhan, China, desarrolló un RuO2 modificado. catalizador con dopaje de bismuto (Bi) (Bi0,15 Ru0,85 O2 ) para impulsar simultáneamente la actividad y la estabilidad hacia los REA ácidos. Espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS) y Ru L2,3 Los espectros de estructura de borde cercano de absorción de rayos X (XANES) demuestran el aumento del estado de oxidación inicial de Ru en Bi0,15 Ru0,85 O2 después del bidopaje.
Los experimentos electroquímicos, la espectroscopia de fotoemisión ultravioleta (UPS) y las caracterizaciones de los espectros de espectroscopia ultravioleta-visible (UV) indicadas revelan una transferencia de electrones mucho más rápida y una mejor electroconductibilidad en Bi0,15 Ru0,85 O2 .
Las pruebas de energía de activación aparente y los resultados del cálculo de la teoría funcional de la densidad (DFT) sugieren que la introducción de Bi puede reducir efectivamente tanto la energía de activación aparente como la barrera energética del paso que determina la velocidad de O* a OOH*, lo que conduce a una actividad mucho mayor. con un sobrepotencial bajo de 200,0 mV a 10 mA cm -2 , así como estabilidad a largo plazo de más de 100 horas.
Los hallazgos se publican en el Chinese Journal of Catalysis. .
Más información: Liqing Wu et al, A RuO2 bidopado Catalizador para una oxidación de agua ácida eficiente y duradera, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64554-1
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
