Hidróxidos dobles en capas para reacciones de evolución de oxígeno

26 de octubre de 2022

por Prensa del Instituto de Tecnología de Beijing

Para guiar el diseño y la síntesis de electrocatalizadores hacia reacciones de evolución de oxígeno (OER) altamente eficientes, investigadores de la Universidad de Tecnología Química de Beijing resumieron cuatro estrategias comunes para mejorar el rendimiento de OER de hidróxidos dobles en capas (LDH), así como identificar sitios activos para LDH.

Publicaron su trabajo el 7 de septiembre en Energy Material Advances.

"Con el aumento de la demanda y el consumo de combustibles fósiles, la escasez de energía y la contaminación ambiental se están volviendo graves e imperceptibles", dijo el autor correspondiente Mingfei Shao, profesor del Laboratorio Estatal Clave de Ingeniería de Recursos Químicos de la Universidad de Tecnología Química de Beijing, Beijing. “Es necesario explorar energías renovables y sostenibles. El hidrógeno, en especial, es una nueva energía con unas perspectivas de aplicación espléndidas”.

La producción de hidrógeno de alta pureza se puede lograr mediante la división electroquímica del agua utilizando la electricidad transformada a partir de energías renovables como la eólica y la solar. Pero como una de las medias reacciones, OER es un proceso de cuatro electrones, con una utilización de energía de baja eficiencia, según Shao.

Shao y su equipo se centran en los LDH, un material bidimensional de tipo grande. La amplia capacidad de ajuste, las relaciones molares y los aniones entre capas lo convierten en un catalizador excepcional para OER en medios alcalinos.

"Resumimos cuatro estrategias comunes aplicadas para mejorar el desempeño de los LDH en REA. A través de estas estrategias, se puede disminuir el sobrepotencial de REA, lo que conduce a una alta eficiencia en la utilización de la energía", dijo Shao. "Se presentan algunos trabajos sobre la identificación de sitios activos para LDH. La revelación del mecanismo de reacción y los sitios activos proporcionan la guía teórica para diseñar electrocatalizadores eficientes".

El desarrollo y la exploración de catalizadores OER se encuentra principalmente en la etapa experimental en la actualidad, que no puede cumplir con los estándares para un uso práctico a gran escala. Por ejemplo, persisten los problemas relacionados con el aumento del tamaño de los catalizadores y el mantenimiento de la estabilidad durante la OER. Además, la mayoría de los métodos de preparación informados de catalizadores basados ​​en LDH son complicados y requieren mucho tiempo, lo que resulta en altos costos y restringe su aplicación, según Shao.

"El reconocimiento de las especies reactivas de oxígeno, como las especies de oxígeno adsorbidas por los sitios activos en la superficie de los electrocatalizadores y los radicales de oxígeno dispersos en la solución durante la OER, sigue siendo ambiguo debido a la existencia inestable e inaparente de las especies reactivas de oxígeno", dijo Shao. "Después de reconocer estas especies reactivas de oxígeno, sigue siendo vital cómo aprovecharlas para obtener REA más eficientes".

"Esperamos que esta revisión pueda ofrecer ideas para identificar aún más los sitios activos de las LDH con el fin de brindar orientación para diseñar electrocatalizadores más avanzados para la división electroquímica del agua", dijo Shao.

Más información: Xin Wan et al, Hidróxidos dobles en capas para la reacción de evolución de oxígeno hacia la generación eficiente de hidrógeno, Energy Material Advances (2022). DOI: 10.34133/2022/9842610

Proporcionado por Beijing Institute of Technology Press