Estudio computacional de la evolución de oxígeno sobre óxidos metálicos y sus dopados

Abstract

Los hidrocarburos son la principal fuente de generación de energía en la tierra. Sin embargo, estos son no renovables y su utilización conduce a la contaminación del medio ambiente. Por lo que, se requiere una fuente alternativa de energía limpia y sostenible. El hidrógeno parece ser el candidato idóneo para la producción de energía, no obstante, éste se postula únicamente como transportador de energía; pues debe ser producido, ya que no se encuentra en forma libre en la naturaleza. La electrólisis de agua usando una membrana de intercambio de protones (PEM) es una forma de producir hidrógeno de alta pureza de manera sostenible, ya que este sistema puede ser acoplado a una fuente de energía renovable. La reacción de evolución de oxígeno (OER) se lleva a cabo sobre el ánodo de un electrolizador PEM y es conocida como la etapa controlante del proceso de electrólisis. Se ha encontrado que adicionar Co durante el proceso de síntesis de RuO2 y IrO2 ha llevado a mejoras en la actividad catalítica para la OER. Sin embargo, solo han sido reportados estudios teóricos sobre el efecto del Co como dopante para las primeras etapas de la OER. En este trabajo se estudian, mediante simulación molecular (DFT), las últimas etapas del mecanismo de la OER sobre RuO2 y IrO2 puros y dopados con Co. Se encontró que la adición de Co como dopante favorece, en efecto, cada una de las etapas de la OER. Además, se encontró, en concordancia con estudios teóricos, que la etapa de formación del intermediario OOH es la limitante desde el punto de vista termodinámico de toda la OER, ya que se requiere superar grandes barreras energéticas para que ésta se lleve a cabo.