Electrocatálisis bifuncional de óxidos de Ce0.8Cu0.2-xCoxO2 con estructura tipo fluorita para las reacciones HER y OER
G. Casco-Aguilar1,2 ; G. Guzmán-Balderas1; J.F. Méndez-Vázquez; F. J. Rodríguez-Varela1; M.G. Andrade2; P. Karinjilottu-Padmadas1*
1Cinvestav Unidad Saltillo, Parque Industrial Ramos Arizpe, Ramos Arizpe, Coahuila 25900, Mexico 2Universidad Tecnológico de Coahuila, Ave. Industria Metalúrgica, Parque Industrial Ramos Arizpe, Coahuila 25900, Mexico.
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Abstract
La descomposición electroquímica del agua es un método prometedor para la producción a gran escala de hidrógeno limpio y sostenible. La electrólisis del agua depende de las reacciones de desprendimiento de hidrógeno (HER) en el cátodo y de oxígeno (OER) en el ánodo. Aunque los catalizadores basados en metales nobles presentan una elevada actividad electrocatalítica, su escasez y elevado costo limitan su aplicación a gran escala. Por ello, es necesario desarrollar electrocatalizadores eficientes, rentables y libres de metales nobles para ambas reacciones. El óxido de cerio (CeO2) es un material catalítico prometedor debido al par redox Ce3+/Ce4+, que favorece el almacenamiento y la liberación de oxígeno, así como la transferencia electrónica durante las reacciones catalíticas. Además, el codopaje de CeO2 puede generar defectos estructurales, como vacantes de oxígeno, distorsiones de la red y desorden superficial, que pueden favorecer sus propiedades catalíticas. En este trabajo, se sintetizaron óxidos de cerio codopados con fórmula Ce0.8Cu0.2-xCoxO2 mediante el método de Pechini, y se evaluó el efecto del codopaje sobre sus propiedades estructurales, morfológicas, electrónicas y electroquímicas. Los patrones de difracción de rayos X confirmaron la formación de una estructura cúbica tipo fluorita característica del CeO2. Las imágenes de FESEM mostraron partículas nanométricas con tendencia a la aglomeración, mientras que el mapeo elemental por EDS evidenció una distribución homogénea de los elementos. La caracterización por XPS permitió analizar los estados de oxidación y las propiedades químicas de la superficie. Finalmente, los materiales fueron evaluados como electrocatalizadores para las reacciones HER y OER en medio alcalino. Entre los materiales estudiados, el Ce0.8Cu0.1Co0.1O2 soportado sobre carbón Vulcan XC-72 presentó la mayor actividad catalítica para ambas reacciones, destacándose como el material más prometedor para la electrólisis alcalina del agua.
Keywords: Óxido de cerio; Codopaje; Electrocatalizadores.