Estudio del efecto de la temperatura y el tiempo de sinterizado de NiOx obtenido por electrodeposición para su aplicación en la electrocatálisis de la reacción de producción de oxígeno (OER) en medio alcalino (2023)
El consumo mundial de energía viene aumentando permanentemente debido al crecimiento de la población y a los cambios en el estilo de vida. Hoy en día, el hidrógeno es reconocido como una fuente de energía importante debido a su alta densidad energética, sus productos de reacción libres de carbono y a la posibilidad de obtenerlo a partir de la electrólisis del agua. En la electrólisis una de las semirreacciones (ánodo) produce O2 de alta pureza según la llamada OER (oxygen evolution reaction: 4 OH- → O2 + 2 H2O + 4 e−); y la otra semirreacción produce H2 en el cátodo (HER, hydrogen evolution reaction: H2O + 4 e− → 2 H2 + 4 OH-). La electrolisis del agua es energéticamente exigente debido a la complejidad del mecanismo de la OER, que involucra la transferencia de 4 electrones y una cinética lenta que implica la participación de diferentes intermediarios. Por lo tanto, un desafío muy importante de investigación es el desarrollo de electrocatalizadores que permitan esta semirreacción (OER) a sobrepotenciales similares a los de los catalizadores más prometedores, los cuales están basados en metales preciosos y escasos (Iridio, Rutenio). Dentro de las alternativas, se encuentran los catalizadores de oxidos de metales de transición, como el níquel, hierro y el cobalto, los cuales han demostrado tener mejor eficiencia en medio alcalino. Las mejores estrategias para incrementar el desempeño de los electrocatalizadores incluyen optimizar los sitios de metales activos mediante el control de la composición, la estructura cristalina, la morfología y la energía de unión del producto intermedio, por ejemplo mediante el dopaje del material o la formación de heterouniones. Adicionalmente, las condiciones del sinterizado en la producción de estos óxidos también han demostrado tener gran relevancia en las características finales del óxido. El objetivo de este trabajo es estudiar el efecto de la temperatura y el tiempo de sinterizado en las propiedades electrocatalíticas para la OER en medio alcalino de depósitos de óxido de níquel obtenidos por electrodeposición sobre sustratos de vidrio recubierto con FTO (óxidos de estaño dopados con flúor). A partir de lo cual, se realizó un estudio estadístico de las medidas electroquímicas de densidad de corriente y potencial on set, obteniendo que la temperatura es un parámetro estadísticamente significativo e influye en las respuestas obtenidas. Al caracterizar el material se obtuvo que el NiOx que presentó mayor actividad catalítica fue a una temperatura de 400°C – 3 h. Dicha actividad, se atribuye a la aparición de vacancias de oxígeno en la celda unitaria del NiOx, considerando que se trata de un metal de valencia mixta. Mientras que, la temperatura no pareció ser un parámetro significativo estadísticamente. En cuanto a la caracterización estructural, mediante microscopía electrónica de barrida se observó la presencia de depósitos de NiOx distribuidos uniformemente con una forma microflor, que concuerda con lo repostado en la literatura, la cual se encuentra relacionada con la temperatura de sinterizado y su efecto en la cristalinidad del material.