Eletrocatalisadores bifuncionais de oxigênio de níquelados de perovskita RNiO3 podem ser ajustados mudando os elementos de terras raras. Usando um conjunto bem definido, RNiO3 epitaxial (R =La, La0.5Nd0.5, WL, Nd0.5Sm0.5, Sm, e Gd) filmes finos, pesquisadores provaram que diminuir o raio iônico de R é benéfico para REA, mas não para ORR, revelando que uma compensação estratégica pode ser projetada para equilibrar seu desempenho. Crédito:Laboratório de Ciências Moleculares Ambientais
Na busca por eletrocatalisadores altamente ativos e baratos, duas reações representam um desafio particular:a reação de redução de oxigênio (ORR) e a reação de evolução de oxigênio (OER). Ambos são importantes para o desenvolvimento de melhores células de combustível, baterias de metal-ar, e separação eletrolítica da água. Materiais como platina, óxido de irídio e óxido de rutênio são bem adequados para essas reações, mas são escassos e caros.
Liderado pelo cientista do Pacific Northwest National Laboratory Yingge Du, uma equipe de pesquisadores está avaliando alternativas. Eles estão trabalhando juntos para estudar níquelatos de terras raras estruturados por perovskita (RNiO 3 ) que podem servir como catalisadores bifuncionais capazes de realizar REA e ORR.
“É de grande interesse científico e tecnológico examinar as atividades de ORR e REA da RNiO intimamente relacionada 3 família para que uma relação estrutura-propriedade-desempenho possa ser estabelecida, "disse Du." Fazer isso pode render um catalisador bifuncional que pode substituir os metais nobres. "
Recentemente, Du e sua equipe realizaram testes de desempenho em um conjunto de RNiO bem definido 3 filmes finos epitaxiais e descobriram quais propriedades contribuem para uma maior atividade eletrocatalítica. Ao ajustar os elementos de terras raras (R), os cientistas correlacionaram as propriedades estruturais e físicas de vários níquelatos com suas atividades ORR e OER.
"Descobrimos que ajustar os elementos de terras raras é uma estratégia eficaz para equilibrar as atividades ORR e OER de eletrocatalisadores bifuncionais, "comentou Du.
Seu estudo, "O ajuste de eletrocatalisadores de oxigênio bifuncionais por meio da alteração do elemento terra rara do local A em níquelatos de perovskita foi publicado recentemente em Materiais Funcionais Avançados .
Projetar eletrocatalisadores bifuncionais de alto desempenho requer balanceamento estratégico de OER e ORR. Ao examinar essas atividades na RNiO intimamente relacionada 3 família, os cientistas podem estabelecer relações estrutura-propriedade-desempenho - uma área que ainda não foi sistematicamente explorada. Esses insights fundamentais podem ser usados para projetar melhor, catalisadores de baixo custo para realizar essas reações críticas de oxigênio.
Du e sua equipe de pesquisa investigaram uma série de filmes finos de níquel de terras raras cultivados em SrTiO 3 (001) por deposição de laser pulsado, onde as variações de R incluem lantânio (La), neodímio (Nd), samário (Sm), e gadolínio (Gd).
Verificou-se que diminuindo o raio iônico de R (r La > r WL > r Sm > r D'us ) levaria a uma diminuição na condutividade eletrônica dos filmes resultantes, que impacta o ORR de forma negativa. Por outro lado, a atividade OER inicialmente aumentou ao substituir La por íons menores, como Nd ou misturas de Nd e Sm. A redução do raio de R mostrou aumentar a ocupação média do antiderrapante, por exemplo, orbital por meio da formação de lacunas de oxigênio, uma condição conhecida por aumentar a atividade OER.
O trabalho mostra que embora o OER e o ORR não possam ser aprimorados simultaneamente no RNiO 3 , o projeto futuro de tais eletrocatalisadores bifuncionais deve se beneficiar de compensações estratégicas, especialmente considerando a cinética lenta do REA é a principal causa de perda de energia para muitos dispositivos de armazenamento de energia de baixa temperatura.
Os pesquisadores continuam investigando o impacto da tensão e do doping no físico, químico, e propriedades de transporte de íons de RNiO 3 .
