Descifrado el mecanismo de los catalizadores de cobalto-manganeso
La combinación de diferentes métodos fue la clave del éxito
El portador de energía hidrógeno puede obtenerse del agua por electrólisis. Esto funciona especialmente bien con electrocatalizadores de espinela de cobalto que contienen manganeso. Sin embargo, no estaba claro por qué.
Los catalizadores convencionales para la producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua suelen contener metales preciosos y son caros. Sin embargo, se han desarrollado alternativas más baratas, como los catalizadores de cobalto-manganeso. Tienen una gran actividad y son estables durante mucho tiempo. El factor decisivo para estas características es su contenido en manganeso. Durante mucho tiempo se desconoció por qué el manganeso desempeña este papel esencial. Ahora, investigadores de la Universidad Ruhr de Bochum, los Institutos Max Planck de Materiales Sostenibles y de Conversión Química de la Energía, el Forschungszentrum Jülich y la Universidad de Duisburg-Essen han descifrado el mecanismo que lo explica. Informan de sus hallazgos en la revista Advanced Energy Materials del 7 de octubre de 2024.
La combinación de distintos métodos fue la clave del éxito
Aplicando una tensión eléctrica, el agua puede dividirse en hidrógeno y oxígeno. El paso limitante en esta reacción es la evolución del oxígeno. Por ello, los investigadores buscan los catalizadores óptimos para este paso de la reacción. Los electrocatalizadores de cobalto con una determinada estructura geométrica, la llamada estructura de espinela, suelen ser ineficaces y poco estables a largo plazo. Sin embargo, esto cambia cuando se dopan con manganeso.
El equipo de investigadores utilizó varios métodos para investigar qué ocurre exactamente en la superficie de los catalizadores durante la electrólisis del agua. Trabajaron juntos dentro del Centro de Investigación en Colaboración 247 "Catálisis de oxidación heterogénea en fase líquida". "La unión de fuerzas con varios institutos nos permitió observar los procesos en la superficie del electrodo con distintos métodos, y esta combinación fue la clave del éxito", afirma la profesora Tong Li, jefa de Caracterización a Escala Atómica de la Universidad del Ruhr de Bochum. Es experta en tomografía de sonda atómica, un método que ayuda a visualizar la distribución espacial de los materiales átomo a átomo. El equipo combinó este método con la microscopía electrónica de transmisión, la absorción de estructuras finas de rayos X y la fotoespectroscopía de emisión de rayos X.
Subir y bajar: Como un pasajero en un autobús
El grupo demostró que el manganeso se disuelve de la superficie de la espinela de cobalto durante la reacción y luego se vuelve a depositar en ella. "Es como un pasajero de autobús que no para de subir y bajar", ilustra Tong Li.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Biao He, Pouya Hosseini, Daniel Escalera‐López, Jonas Schulwitz, Olaf Rüdiger, Ulrich Hagemann, Markus Heidelmann, Serena DeBeer, Martin Muhler, Serhiy Cherevko, Kristina Tschulik, Tong Li; "Effects of Dynamic Surface Transformation on the Activity and Stability of Mixed Co‐Mn Cubic Spinel Oxides in the Oxygen Evolution Reaction in Alkaline Media"; Advanced Energy Materials, 2024-10-7
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