Se ha considerado al hidrógeno como un potencial portador de energía en lugar de los combustibles fósiles, lo que aborda la demanda de energía y las cuestiones medioambientales. La electrólisis del agua con membrana de intercambio de protones (PEMWE), con su alta densidad energética, elevada pureza del hidrógeno y rápida respuesta del sistema, se considera un enfoque ideal y sostenible para producir hidrógeno verde. Por tanto, podría ser una solución eficaz para mitigar la intermitencia y volatilidad de las energías renovables y beneficiar su aplicación a gran escala.
Sin embargo, la reacción de evolución de oxígeno anódico (REA) en PEMWE implica un proceso lento de transferencia de cuatro electrones/protones, lo que da como resultado una cinética de reacción lenta. Además, el fuerte entorno oxidativo y ácido localizado corroerá el catalizador, lo que provocará una mala durabilidad. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de desarrollar catalizadores REA eficientes y estables para impulsar los REA hacia una producción de hidrógeno económica y de alta eficiencia mediante la división del agua.
Recientemente, el profesor Xinbo Zhang del Instituto de Química Aplicada de Changchun de la Academia de Ciencias de China y sus colaboradores han desarrollado una serie de electrocatalizadores de iridio amorfo dopados con metales de alta valencia mediante sinterización en un solo paso para promover los REA en medios ácidos. Beneficiándose de la modulación de los efectos geométricos y electrónicos mediante la introducción del dopaje Ta y la ingeniería de defectos, la mejora tanto de la actividad como de la estabilidad en comparación con el IrO2 comercial. y IrOx fue realizado.
Los resultados fueron publicados en el Chinese Journal of Catalysis .
El dopaje con metal de alta valencia se logró mediante un sencillo proceso de sinterización de un solo paso, en el que la construcción de los defectos se controló ajustando la temperatura de reacción. La introducción de dopantes y defectos es ventajosa para facilitar la transferencia de carga, aumentar los sitios de reacción y mejorar la reactividad intrínseca de REA en IrOx. . Al mismo tiempo, la fuerte interacción de la coordinación metal (Ta)-oxígeno mejora aún más la estabilidad del IrOx. durante la reacción.
El electrocatalizador óptimo (350-Ta@IrOx ) exhibe una actividad de masa 147,7 veces mayor (1207,4 AgIr –1 ) que el del IrO2 comercial. a 1,55 V frente a RHE. Combinados con los cálculos teóricos, se reveló que el dopaje con Ta y la ingeniería de defectos conducen al ataque nucleofílico de las moléculas de agua del paso determinante de la velocidad, mejorando así la actividad catalítica y reduciendo el sobrepotencial de REA en IrOx .
Además, no demuestra una degradación notable del rendimiento durante la prueba de durabilidad de 500 h, superando obviamente el rendimiento de la muestra sin dopar y del IrO2 comercial. y reivindicando su potencial para aplicaciones industriales.
Más información: Ning Zhang et al, IrO amorfo dopado con metal de alta valencia como electrocatalizador activo y estable para la reacción de evolución de oxígeno ácido, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64517-6
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
