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Oct 18, 2023

Defectos intencionales generan mejores reacciones, informan investigadores

7 de junio de 2023 Este artículo

7 de junio de 2023

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por Prensa de la Universidad de Tsinghua

Un defecto no siempre es algo malo. De hecho, cuando se trata de mejorar el proceso de electrocatálisis que produce gas hidrógeno de combustión limpia, puede ser algo muy bueno. Investigadores con sede en China diseñaron un electrocatalizador, que acelera una reacción deseada, con arquitecturas amorfa y cristalina que contiene defectos en la estructura atómica. Los defectos permiten que el electrocatalizador desencadene una actividad de reacción "superior", informó el equipo.

Publicaron sus resultados Nano Research Energy.

"La generación de hidrógeno a partir de la electrólisis del agua, o el uso de corriente eléctrica para dividir el agua y separar el hidrógeno del oxígeno, impulsada por energías renovables es una tecnología prometedora para mitigar y resolver la crisis energética y ambiental", dijo Cuiling Li, profesor de la Academia China. Instituto Técnico de Física y Química de Ciencias, que también está afiliado al Instituto de Tecnología de Beijing y al Instituto de Tecnología de Binzhou.

La reacción de evolución de oxígeno es la reacción anódica de la electrólisis del agua, en la que la corriente continua provoca una reacción química que separa las moléculas de oxígeno de las moléculas de agua. Sin embargo, Li llamó a esta reacción "un proceso lento" y limita la electrólisis del agua como un mecanismo sostenible para producir gas hidrógeno. Según Li, la reacción de evolución del oxígeno es lenta porque requiere mucha energía para desencadenar cómo las moléculas transfieren sus constituyentes, pero podría acelerarse con menos energía si se integra con catalizadores más eficientes.

"La explotación de electrocatalizadores eficientes para la reacción de evolución del oxígeno es fundamental para el desarrollo de dispositivos electroquímicos para la conversión de energía limpia", dijo Li.

Los investigadores recurrieron al óxido de rutenio, un catalizador de menor costo que se adhiere menos a los reactivos e intermedios que otros catalizadores.

"Se han informado nanomateriales a base de óxido de rutenio con un mejor rendimiento de la reacción de evolución del oxígeno en comparación con los productos comerciales, mientras que se requieren con urgencia estrategias de diseño de electrocatalizadores más sofisticadas para evocar un rendimiento catalítico más eficiente y en gran parte inexploradas", dijo Li.

Para llenar este vacío, los investigadores sintetizaron partículas porosas de óxido de rutenio. Luego trataron las partículas para producir heterofases racionalmente reguladas, lo que significa que las partículas contienen diferentes arquitecturas integradas. La estructura porosa y heterofásica proporciona los defectos (esencialmente mellas en la estructura atómica) que permiten que los sitios más activos para que la reacción de evolución del oxígeno proceda con mayor eficiencia, según Li.

"Al beneficiarse de los abundantes defectos, los límites del cristal y la accesibilidad al sitio activo de las muestras resultantes, se demostró un rendimiento superior de la reacción de evolución de oxígeno", dijo Li, y explicó que los electrocatalizadores diseñados no solo producen una mejor reacción de evolución de oxígeno, sino que también lo hacen con menos electricidad que alimenta el proceso. "Este estudio demuestra la importancia de la ingeniería de fases y proporciona una nueva vía para el diseño y la síntesis de catalizadores de estrategias combinadas".

Más información: Chengming Wang et al, Partículas nanoporosas de RuO 2 amorfas/cristalinas ricas en defectos orientadas a la ingeniería de fase para impulsar la reacción de evolución de oxígeno en medios ácidos, Nano Research Energy (2023). DOI: 10.26599/NRE.2023.9120070

Proporcionado por Prensa de la Universidad de Tsinghua