Hidróxidos dobles laminares Ni–Fe: nanocatalizadores libres de metales nobles para la reacción de evolución de oxígeno en la electrólisis del agua

Abstract

La producción electroquímica de hidrógeno mediante electrólisis del agua involucra dos semirreacciones acopladas: la reacción de evolución de hidrógeno (HER), que ocurre en el cátodo, y la reacción de evolución de oxígeno (OER) que tiene lugar en el ánodo. Esta última presenta una cinética lenta y constituye una de las principales limitaciones energéticas del proceso. Frente al alto costo y la escasez de catalizadores basados en Ru e Ir, los hidróxidos dobles laminares (LDH) surgen como una alternativa prometedora por su composición ajustable, estructura bidimensional, elevada exposición de sitios activos y síntesis a partir de elementos abundantes. En particular, la combinación de Ni y Fe favorece las propiedades estructurales y electrónicas requeridas para promover la OER en medio alcalino. En este trabajo se sintetizaron LDH de Ni–Fe mediante un método hidrotérmico y RuO2 por precipitación, seguido de su caracterización fisicoquímica y evaluación electroquímica en medio alcalino. Los LDH de Ni–Fe presentaron una estructura cristalina laminar con aniones carbonato en el espacio interlaminar. Morfológicamente, estuvieron constituidos por nanohojas organizadas en microesferas, con una distribución homogénea de Ni, Fe, O y C. Entre los materiales evaluados, el Ni–Fe LDH 7 mostró el mejor desempeño para la OER, al requerir un sobrepotencial de 334 mV para alcanzar una densidad de corriente de 10 mA cm-2, inferior a los obtenidos con RuO2 (355 mV) y 20 % Pt/C (541 mV) bajo las mismas condiciones experimentales. Este desempeño, junto con el empleo de elementos abundantes y de menor costo, posiciona a los LDH Ni–Fe como candidatos prometedores para sustituir catalizadores basados en metales nobles y contribuir al desarrollo de sistemas de electrólisis alcalina del agua más eficientes y económicamente viables.

Keywords: OER; Nanocatalizadores; Electrólisis