A medida que crece la demanda de una generación de energía más sostenible y eficiente, las tecnologías de conversión de energía electroquímica que dependen de la electrocatálisis se destacan como alternativas prometedoras. Se están realizando investigaciones sobre el mejor tipo de electrocatalizadores.
Los electrocatalizadores bidimensionales de aleaciones a base de metales nobles son rentables y accesibles, pero tienen importantes desventajas, incluida una interacción débil entre los átomos de la aleación que provoca inestabilidad y actividad reducida.
Sin embargo, agregar compuestos intermetálicos (IMC) a la aleación mejora la interacción entre los diferentes elementos y tiene beneficios adicionales. Investigación publicada en Materiales y Dispositivos Energéticos revisa la investigación actual sobre el desarrollo de IMC 2D basados en metales nobles y sus beneficios.
"Hasta ahora, falta una revisión exhaustiva de la síntesis de IMC 2D a base de metales nobles y sus posibles aplicaciones en electrocatálisis. Esta revisión llena ese vacío proporcionando una visión general completa de los métodos de síntesis de IMC 2D a base de metales nobles, incluido el Métodos de modulación de iones de haluro y asistidos por CO La revisión también aborda los desafíos actuales en la síntesis y aplicación electrocatalítica de IMC 2D basados en metales nobles", dijo Fukai Feng, profesor de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Beijing en Beijing, China. /P>
En el artículo, los investigadores analizan primero los diferentes procesos para sintetizar IMC 2D basados en metales nobles, que incluyen los métodos de modulación de iones haluro y asistidos por CO. Luego resumen sus aplicaciones en electrocatálisis.
Hay ciertas propiedades beneficiosas de los electrocatalizadores que se pueden lograr durante el proceso de síntesis, incluida la reducción de la simetría. Esto es deseable porque reducir la simetría de un catalizador mejora la actividad electrocatalítica.
Los métodos de síntesis analizados en este artículo incluyen el método asistido por CO y un método de modulación de iones haluro. Ambos métodos tienen sus ventajas, dependiendo del tipo de IMC 2D basado en metales nobles que se desee.
Después de analizar los métodos de síntesis, los investigadores observaron las diferentes aplicaciones del mundo real de los IMC 2D basados en metales nobles en electrocatálisis.
"Las propiedades únicas de los IMC 2D basados en metales nobles, incluida la anisotropía (no uniformidad), numerosos sitios activos, coordinación insaturada de átomos en la superficie y eficiencia de transferencia de electrones, contribuyen a sus excelentes propiedades catalíticas", dijo Feng. P>
Un ejemplo de una aplicación en el mundo real de un IMC 2D basado en metales nobles es una pila de combustible de etanol directo. Esta fuente de energía limpia es interesante porque es renovable, fácil de almacenar y transportar y tiene una alta densidad energética. Los catalizadores utilizados en las pilas de combustible de etanol directo tienden a absorber más subproductos intermediarios tóxicos. Sin embargo, los IMC 2D basados en metales nobles inhiben esta absorción.
Los investigadores observaron que había áreas en las que se habían realizado menos estudios, como el uso de IMC bidimensionales basados en metales nobles para el proceso electroquímico que se produce en el cátodo durante la división electroquímica del agua para la evolución del hidrógeno.
De cara al futuro, los investigadores esperan que se aborden varios desafíos de los electrocatalizadores IMC basados en metales nobles 2D, incluida la síntesis de los IMC basados en metales nobles 2D y los metales utilizados para este proceso. Este es un proceso desafiante debido a su anisotropía inherente y su alta energía superficial.
Otro desafío al que se enfrenta durante el proceso de síntesis son los subproductos tensioactivos que quedan después de la síntesis, que reducen la eficacia de los catalizadores. Aunque un método llamado recocido térmico puede eliminar la necesidad de tensioactivos, este proceso presenta sus propios desafíos.
A los investigadores les gustaría ver nuevos métodos para sintetizar IMC bidimensionales basados en metales nobles mediante recocido térmico. Finalmente, a los investigadores les gustaría ver estructuras 3D construidas a partir de IMC 2D basados en metales nobles para mejorar la estabilidad a largo plazo de los catalizadores y explorar aplicaciones más amplias de esta tecnología.
Otros contribuyentes incluyen a Sumei Han y Qipeng Lu de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Beijing y Qinbai Yun del Departamento de Ingeniería Química y Biológica y del Instituto de Energía de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong. P>
Más información: Fukai Feng et al, Intermetálicos bidimensionales a base de metales nobles para electrocatálisis, Materiales y dispositivos energéticos (2023). DOI:10.26599/EMD.2023.9370008
Proporcionado por Tsinghua University Press
