Adición bimetálica de Co/Mo al dióxido de manganeso electrolítico para la generación de oxígeno en medio ácido

Scientific Reports volumen 5, Número de artículo: 15208 (2015) Citar este artículo

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Un electrocatalizador eficiente que comprenda materiales económicos y abundantes en tierra para la reacción de evolución de oxígeno (OER) es crucial para el desarrollo de la electrólisis del agua. En este trabajo, se ha demostrado que la adición in situ de iones de cobalto/molibdeno al dióxido de manganeso electrolítico es beneficiosa para el OER en solución ácida, ya que su sobrepotencial funcionó mejor (305 mV) que el del DSA® comercial (341 mV) a 100 mA cm−2. El OER se investigó a temperatura ambiente en una solución de H2SO4 2 M en los electrodos EMD modificados (MnMoCoO). La eficiencia energética de los electrodos de MnMoCoO mejoró significativamente con la cantidad de Co en la solución de revestimiento. Para los catalizadores electrodepositados, se realizaron mediciones físico-químicas y electroquímicas incluyendo sobrepotenciales estáticos. El mejor desempeño del EMD modificado se atribuyó a una mejor resistencia a la transferencia de carga (Rct; 0.290 Ω cm2), factor de rugosidad promedio (rf; 429) y disminución en el contenido de agua en los catalizadores electrodepositados. Los parámetros cinéticos obtenidos en catalizadores de MnMoCoO se compararon y discutieron de acuerdo con la concentración de cobalto.

El hidrógeno es una fuente de energía abundante, renovable y limpia y ha sido considerado como una solución a los problemas derivados de la actual economía de combustibles fósiles insostenible. Recientemente, la economía del hidrógeno está atrayendo la atención de los organismos gubernamentales y las principales compañías petroleras1,2,3,4,5,6,7,8. El hidrógeno se puede generar a través de varios métodos, incluidos los termoquímicos, electroquímicos y bioquímicos9. De todos estos métodos disponibles, la electrólisis del agua (vía electroquímica) es adecuada para la producción de hidrógeno a gran escala. La electrólisis del agua es una forma sencilla de producir hidrógeno con alta pureza a un precio económico cuando se dispone de una fuente de energía para impulsar la electrólisis, como la energía solar o nuclear1.

La electrólisis del agua consta de dos reacciones electroquímicas, denominadas reacciones de evolución de hidrógeno y oxígeno (HER y OER). El potencial de equilibrio de la electrólisis del agua es de 1,23 V en condiciones estándar, pero para impulsar la electrólisis a un ritmo práctico se requieren potenciales más altos y esto se mide convencionalmente como sobrepotencial9. La diferencia entre el potencial de equilibrio y el potencial a densidades de corriente prácticas (p. ej., 100 mA cm−2) se denomina polarización o sobrepotencial (η). Los metales como Pt y Ru proporcionan una superficie catalítica excelente para reducir el sobrepotencial (η) del HER10. Los catalizadores más destacados pertenecen a los metales del grupo del platino y se utilizan para el HER, además, los óxidos del grupo del platino11,12,13 se utilizan para los OER. Sin embargo, los metales del grupo del platino están muy limitados por su escasez y alto costo. Por ejemplo, las tecnologías como las pilas de combustible no se pueden ampliar porque requieren catalizadores caros. El electrocatalizador más eficiente para el OER son los electrodos de óxido metálico12,13 (siendo RuO2 el mejor13, IrO2 también muestra buenos sobrepotenciales11). Los óxidos presentan ventajas sobre sus contrapartes metálicas porque son más estables y no pueden oxidarse más. Por lo tanto, el deseo es desarrollar un catalizador OER libre de metales nobles y económico.

Con este objetivo, en nuestro artículo actual, se ha investigado el uso de dióxido de manganeso electrolítico (EMD, MnO2 tipo γ) con la adición in situ de iones de cobalto/molibdeno durante la electrodeposición (denominado EMD modificado) como un catalizador potencial para la REA El EMD modificado reduce significativamente el sobrepotencial del material original del EMD. Otro objetivo de este trabajo es investigar las razones de la disminución del sobrepotencial que se encuentra con estos electrodos al variar el contenido de Co en la solución del baño. Hasta donde sabemos, los materiales EMD modificados (MEMD) con Co como aditivo no se han informado anteriormente. Los dióxidos de manganeso electrolíticos son un área bien investigada en el almacenamiento de energía14, así como también como catalizadores para suprimir la reacción de evolución del cloro15,16,17,18,19 en la electrólisis del agua de mar. Estos estudios apoyan el concepto de este material para aplicaciones electroquímicas.

El EMD es quebradizo y se ha descubierto que agregar molibdeno mejora su adherencia al sustrato15, 16, 17, 18, 19. Además del molibdeno, también se ha investigado una gama de otros aditivos en el baño electrolítico15, 16, 17, 18, 19 en el rango de 3 a 9 mM. Sin embargo, el aditivo de cobalto en EMD es poco conocido o no está bien establecido y hemos utilizado este aditivo en el rango de 3 a 15 mM. El papel del cobalto como aditivo en MnO2 tiene diferentes ventajas, reduce el contenido de agua, lo que aumenta la conductividad eléctrica del EMD modificado, además, hace que el material sea energéticamente eficiente hacia el OER y esto se analiza en el estudio actual. . La combinación de molibdeno y la extensión de una mayor cantidad de cobalto en el baño parece ser beneficiosa para la OER como se determina en el presente documento. En el diseño de catalizadores para la síntesis de amoníaco, la combinación de Co/Mo se ha reconciliado teórica y experimentalmente20 y se ha encontrado que supera al rutenio (elemento del grupo del platino). La tendencia novedosa actual para el diseño de catalizadores es la combinación a escala molecular de elementos (p. ej., Mo y Co) que muestran una fuerza de unión baja y alta con intermedios de reacción, para generar una fuerza de unión intermedia. Esta es la región donde los catalizadores operan de manera más eficiente20.

En uno de nuestros trabajos anteriores, informamos MEMD para el OER en medio alcalino21, donde se investigó una variedad de elementos dopantes. Los elementos de dopaje informados aumentaron el sobrepotencial a una densidad de corriente de 100 mA cm−2. En el estudio actual, estos materiales MEMD desarrollados mostraron un sobrepotencial competitivo cuando se usaron en medio ácido, a diferencia de nuestro trabajo anterior informado para medio alcalino21. Cabe señalar que recientemente se ha prestado más atención al sobrepotencial a una densidad de corriente de (η10) 10 mA cm−2, ya que se cree que es una variable representativa de los dispositivos solares de división de agua. Sin embargo, hemos utilizado el η1009 convencional y encontramos que los resultados son prometedores. La importancia de este trabajo radica en la mejora tecnológica en el rendimiento de los electrodos cuando el medio ácido es el electrolito.

La estación de galvanoplastia constaba de la solución de galvanoplastia, una fuente de alimentación y electrodos; una lámina de acero inoxidable 316 de 70 × 50 × 1 mm y una lámina de IrO2/Ti (DSA® adquirida de AMAC Corrosion Co.) de 20 × 10 × 1 mm con una cara aislada con ferrolaca, como contraelectrodo y electrodo de trabajo, respectivamente. Se utilizó un recipiente interno de media celda que conectaba las soluciones mediante una membrana de Nafion. Las soluciones electrolíticas utilizadas en la preparación de EMD modificados se tabulan en la Tabla 1. Las muestras se electrodepositaron a i = 10 mA cm−2. Las muestras electrodepositadas se secaron a 100 oC en un horno por un período de 1 hora en atmósfera de aire y se utilizaron para todas las mediciones físico-químicas y electroquímicas.

La curva de polarización se realizó en una configuración de tres electrodos, controlada de forma remota por un potenciostato BioLogic VSP. El electrodo de referencia (RE) y el contraelectrodo (CE) fueron Ag|AgCl en un sát. Solución de KCl y una hoja de platino platinado con las dimensiones de 10 × 10 × 1 mm, respectivamente. El potencial de la Ag|AgCl satd. El electrodo de KCl se tomó como 197 mV frente a SHE. Los electrodos basados ​​en EMD modificados se hicieron anódicos en soluciones de H2SO4 2 M en el régimen OER. La velocidad de exploración fue de 0,1 mV s-1 y el rango de exploración se estableció arbitrariamente de baja a alta densidad de corriente en el rango de 1 a 100 mA cm-2. La compensación de IRdrop se realizó por el método de interrupción de corriente. Finalmente, el área geométrica de la muestra recubierta se utilizó en la determinación de las densidades de corriente y todas las pruebas se realizaron a 25 oC. El experimento de densidad de corriente dependiente del tiempo (bajo potencial estático) se realizó en secuencia después de voltamperometría cíclica con la misma configuración. Un voltaje elegido se mantuvo constante durante un período de tiempo específico y se monitoreó la respuesta actual.

EIS consistió en 3 escaneos consecutivos en el rango de frecuencia de 10 kHz a 0,05 Hz realizados secuencialmente en potenciales en el régimen OER. El voltaje sinusoidal ca aplicado tenía una amplitud de 5 mV a 25 oC. Un ajuste para propósito argental satd. KCl se utilizó como electrodo de referencia para esta prueba.

La cristalinidad de los depósitos de EMD modificados se examinó mediante un difractómetro de rayos X Siemens con radiación Philips Co-Kα (1,7902 Å). Se usó espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) para examinar las estructuras químicas en los depósitos con un Thermo Multilab 2000. Se usó carbono, C (1 s), como espectro de referencia. Finalmente, la morfología de los depósitos se determinó mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) equipada con análisis de dispersión de energía (EDS) para análisis elemental cualitativo utilizando dos instrumentos JEOL, modelos JSM-7000 F y JSM-6000, respectivamente.

La Figura 1 muestra el diagrama de Tafel de las muestras de EMD modificadas con Co y Mo como aditivos (MnMoCoO) para la OER en una solución de H2SO4 2 M. Para todas las muestras analizadas, las líneas de Tafel muestran una pendiente cercana a ~60 mV dec−1 en la región de baja densidad de corriente y otra pendiente de alrededor de ~115 mV dec−1 en la región de alta densidad de corriente. En la información de apoyo, se encuentra la teoría que explica los pasos del mecanismo OER que reconcilian las diferentes pendientes de Tafel encontradas. Un cambio en la magnitud de la pendiente de Tafel indica diferentes pasos determinantes de la tasa (rds) que pueden estar relacionados con los propuestos por diferentes fuentes10,11. En la región OER, los electrodos con contenido variable de Co exhiben diferentes valores de sobrepotencial. La Tabla 2 muestra los parámetros electroquímicos de todas las muestras analizadas. Entre las muestras modificadas estudiadas, la muestra con la concentración de cobalto más alta etiquetada como n.° 5 (es decir, MnMoCoO n.° 5) exhibe el mejor sobrepotencial (es decir, 305 mV) en comparación con la de DSA® a 100 mA cm−2 (es decir, 341 mV). Se ha informado que DSA® tiene sobrepotenciales (η) y pendientes de Tafel (b) similares a los determinados por otros grupos de investigación11,22. Hu et al. informó22 que la reacción de evolución de oxígeno en electrodos DSA® basados ​​en IrO2 tiene pendientes de Tafel de 59 mV dec−1 y 130 mV dec−1 con sobrepotenciales bajos y altos, respectivamente. Se han determinado pendientes similares. A sobrepotenciales bajos, el paso determinante de la velocidad (rds) es el descrito por las Ecs. S-4 y S-5 (en la información de respaldo). Para sobrepotenciales altos, el rds se describe mediante la ecuación. S-1 ya que produce una pendiente de 120 mV dec−1.

Diagrama de Tafel de las muestras de EMD modificadas en solución de H2SO4 2 M.

Las características de rendimiento de las muestras de MnMoCoO se han mejorado sustancialmente mediante la adición de CoSO4 en la solución de placas (consulte la Fig. 1 y la Tabla 2). Además, para el electrodo (MnMoCoO #5), las curvas de potencial de corriente se registraron en las direcciones de avance y retroceso sin interrupción (Fig. 2a). Sin embargo, se observa una ligera desviación de la linealidad con sobrepotenciales elevados. Esta desviación podría atribuirse a la caída óhmica. Se ha realizado una curva de potencial de corriente de estado estacionario para la evolución de oxígeno para la muestra de mejor eficiencia energética etiquetada como n.º 5 (Fig. 2b). Esta retención potencial estática también se ha llevado a cabo para evaluar la estabilidad del electrodo EMD modificado. A un sobrepotencial constante elegido (η = 280 mV), se encuentra que la densidad de corriente observada durante un período de tiempo es constante.

(a) Curva de voltametría cíclica para la evolución de oxígeno (b) Curva de densidad de corriente dependiente del tiempo bajo el sobrepotencial constante η = 280 mV para la muestra de MnMoCoO #5 (muestra de mejor eficiencia energética) en solución de H2SO4 2 M.

Se encuentra que el sobrepotencial de las muestras de EMD modificadas en la Tabla 2 para electrolitos ácidos es superior a los informados en nuestro trabajo previo21 en electrolitos alcalinos. Un cambio en el electrolito produce diferentes tipos de intermedios de reacción adsorbidos (es decir, ecuaciones S-1 a S-5 en la información de apoyo). La fuerza de unión entre la superficie del catalizador y un intermedio de reacción adsorbido cambia en función de la estructura química del adsorbato y esta podría ser la razón de los cambios observados en los resultados del sobrepotencial encontrado en el OER en diferentes electrolitos. En este sentido, otras variables como la densidad de corriente de intercambio (io) y la resistencia de transferencia de carga (Rct) (Rct se explica en la información de apoyo) respaldan los resultados encontrados por las pendientes de Tafel en la Fig. 1. Estas variables (io, Rct ) de las muestras MEMD muestran mejores valores que los de DSA® (ver Tabla 2).

El circuito equivalente seleccionado para modelar los datos EIS es el modelo 1CPE21 (que se muestra en la Fig. S-1). La Figura 3(a) muestra la impedancia de Nyquist y los diagramas de admitancia de Bode 3(b) de la muestra mejor realizada (es decir, MnMoCoO #5) para ilustrar los resultados intermedios del procesamiento de datos. Las curvas que se muestran en la Fig. 3 son representativas de todas las muestras de MnMoCoO estudiadas, que exhiben un bucle capacitivo que se ha interpretado como relacionado con el control cinético23,24,25. No se identifican otros bucles capacitivos o inductivos correspondientes al control de transferencia de masa o la impedancia de óxido. Las variables de importancia del modelo 1CPE son el CPEdl y Rct, ya que brindan información directa sobre el factor de rugosidad y la eficiencia energética. La resistencia de transferencia de carga (Rct) se determinó a una densidad de corriente de 10 mA cm−2 y esta variable es cercana a la de la muestra DSA®. Los resultados se tabulan en la Tabla 2. Se cree que Rct se correlaciona directamente con los sobrepotenciales para el OER, a diferencia de un factor de rugosidad alto, lo que no significa necesariamente que el sobrepotencial (η) mejorará. Los factores de rugosidad promedio (rf) han sido determinados por la ecuación. S-6 y los valores correspondientes se tabulan en la Tabla 2. Se ha determinado que los factores de rugosidad están en el mismo orden de magnitud para todas las muestras, incluido el DSA®.

(a) Impedancia de Nyquist y (b) Diagramas de admitancia de Bode de la muestra de MnMoCoO #5 a η = 245 mV en solución de H2SO4 2 M. Las líneas continuas representan la curva ajustada por el modelo 1CPE, los datos experimentales como símbolos.

El dióxido de manganeso electrolítico (EMD) en general está compuesto principalmente por la fase γ-MnO2 y, en menor medida, por ε-MnO226,27. El γ-MnO2 está compuesto por estructuras de pirolusita y ramsdellita, ambas poseen una línea de difracción de 110. Los EMD tienen el pico de difracción 021 con la intensidad más alta seguido del pico 11027. La Figura 4a muestra los espectros de difracción de rayos X de las muestras de EMD modificadas. La muestra de control y el sustrato también se incluyen para una comparación para estudiar el grado de cambios en la cristalinidad. Se identifican tres picos de difracción con las reflexiones (021), (002) y (110) para el material EMD estándar (control) (en la Fig. 4a) que no contiene los aditivos de cobalto/molibdeno. El pico 110 en la muestra de control de EMD se representa como 110* ya que el sustrato muestra un pico en la misma región, este pico no se ha considerado para análisis posteriores.

( a ) Patrones de difracción de rayos X (XRD) de las muestras de EMD modificadas. ( b ) XRD de la muestra MnMoCoO # 5 (muestra de mejor eficiencia energética) antes y después de las mediciones electroquímicas que indican la estabilidad de la estructura EMD.

Para las muestras con aumento del aditivo de cobalto, etiquetadas del n.° 1 al n.° 5 (siendo el n.° 5 la muestra con la mayor adición de Co; para obtener detalles, consulte la Tabla 1), los espectros XRD muestran picos similares a los de la muestra de control. A medida que aumenta el contenido de cobalto en la solución de EMD, la intensidad del pico (002) disminuye. Sin embargo, el pico (021) permanece pero se vuelve ancho. Los cambios observados en la cristalinidad de las muestras podrían ser uno de los factores beneficiosos para mejorar el sobrepotencial para la generación de oxígeno. Para estudiar la estabilidad química de las muestras MEMD, se selecciona la muestra #5 (la muestra de mejor eficiencia energética hacia la OER). Hemos realizado análisis XRD antes y después de las mediciones electroquímicas para determinar cualquier cambio en la estructura cristalina. La Figura 4b muestra los espectros XRD de la muestra MnMoCoO #5, antes y después de la medición electroquímica. Como se observa en XRD (Fig. 4b), los patrones de difracción son casi idénticos, lo que indica que no hay cambios en la estructura cristalina. Esto confirma que el EMD modificado es químicamente estable en el régimen ácido de OER.

El γ-MnO2 (EMD) puede describirse mediante la fórmula química28,29,30 como:

Donde x es la fracción de vacantes de cationes e y es la fracción de iones Mn3+, reemplazando a Mn4+ en la subred de manganeso. Los EMD tienen valores típicos de x e y de la siguiente manera: x ≈ 0,06 e y ≈ 0,075. Esto significa que Mn4+ debería ser la especie dominante en los EMD.

La figura 5 muestra la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) de Mn(2p) y O(1s) para las muestras de EMD modificadas, incluida la muestra de control. La Figura 5a muestra dos picos en la región donde se esperan especies de manganeso (Mn), estos picos corresponden a los componentes divididos de la órbita de espín de Mn (2p1/2 y 2p3/2). Al comparar los resultados XPS (Fig. 5a) de las muestras EMD modificadas con la muestra estándar (control), se puede ver que todos los espectros XPS de las muestras son similares. Este resultado sugiere que la proporción de Mn4+ a Mn3+ en el MEMD es constante a pesar de aumentar la concentración de iones Co2+ en la solución de recubrimiento.

Espectros XPS de las muestras de EMD modificadas.

(a) Espectros de Mn(2p) y (b) O(1s). Se ha incluido una muestra de EMD estándar (control) como número 1.

La Figura 5b muestra los espectros O(1s) de las muestras. Considerando los parámetros pico de O(1s) de Manganite31. Los picos de O2−, OH− y H2O se encuentran en 529,6, 530,8 y 531,6 eV, respectivamente (O2−, OH− y H2O son especies estructurales). Al comparar los espectros XPS de O(1s) de las muestras con la muestra de control de EMD, se puede ver que los espectros de control de EMD tienen un hombro en la región del agua estructural, otras muestras no muestran este hombro. Además, cuanto más ion Co2+ haya en la solución de revestimiento, más intenso se vuelve el pico O(1s). Uno podría interpretar estos resultados como una disminución en el contenido de agua que aumentaría el contenido de oxígeno estructural en el recubrimiento EMD modificado. La presencia de aditivos (es decir, iones Co2+) en la solución de revestimiento podría suprimir la formación de agua estructural durante la electrodeposición. Estos resultados indican una menor concentración de agua estructural en las muestras que la del EMD de control, lo que es beneficioso para la actividad catalítica ya que aumenta la conductividad eléctrica y la cantidad de sitios activos.

Se ha incluido una figura adicional para analizar la estabilidad química del MEMD en las condiciones de prueba electroquímica. La figura 6 en combinación con la figura 4b muestran la estructura química de la muestra de MnMoCoO #5, antes y después de la voltamperometría cíclica. Las figuras 6 y 4b indican que la muestra #5 es estable para la OER en medio ácido.

Espectros XPS de la muestra de MnMoCoO #5 antes y después de la voltamperometría cíclica.

Mn(2p) y O(1s) etiquetados como (a) y (b), respectivamente.

La figura 7 muestra la vista de micrografía en planta de las muestras de EMD modificadas (se muestra DSA®21) a bajo y alto aumento. Estos resultados muestran que todas las muestras basadas en EMD tienen una estructura similar a la del lodo seco. Los resultados de SEM muestran un aumento del tamaño del polígono de lodo seco cuando el contenido de Co2+ en la solución de revestimiento aumenta en comparación con el EMD estándar. Las micrografías SEM no muestran una tendencia clara sobre el área promedio del polígono encerrada por grietas en función del contenido de Co2+ en la solución de revestimiento. Los tamaños de polígono más grandes disminuirían el área de las grietas y la superficie, lo que debería disminuir el factor de rugosidad y, por lo tanto, aumentar el sobrepotencial. La Figura 7g también compara la morfología de la superficie del MnMoCoO #5 después de las mediciones electroquímicas. Se visualiza a partir de la micrografía que la morfología es bastante similar, lo que indica que la muestra es mecánicamente estable.

Imágenes SEM de las muestras de EMD modificadas.

(a,c,e) se refiere a MnMoCoO #3, MnMoCoO #4 y MnMoCoO #5 (bajo aumento) y (b, d y f) se refiere a las muestras respectivas a alto aumento. La Fig. 8 (g) se refiere a MnMoCoO #5 después de la medición electroquímica que muestra una morfología similar a la de la Fig. 8 (f).

Teniendo en cuenta el análisis de XPS y SEM/EDS (Tabla 3), se encuentra que cuanto mayor es el contenido de iones Co2+ en la solución de recubrimiento, menor es el contenido de agua en las muestras electrodepositadas con EMD modificado. Se cree que el agua en la muestra de EMD modificada no se convierte en un sitio activo y su presencia reduce la cantidad o la eficiencia energética de los sitios activos, lo que hace que el material sea menos electroactivo. Las pruebas electroquímicas (es decir, diagramas de Tafel y EIS) están estrechamente relacionadas con el área electroactiva, que no tiene por qué ser igual al área total (es decir, el área real). El agua ocupa espacio en la superficie del material del electrodo, lo que puede aumentar el Rct o disminuir el rf dependiendo de si el agua se convierte o no en un sitio activo. Se puede ver que el contenido de Co2+ en la solución influye en la composición del recubrimiento. Cuanto mayor sea el contenido de Co2+, menos oxígeno se encuentra en el recubrimiento y esto está de acuerdo con los resultados encontrados por XPS, donde el contenido de agua en el recubrimiento EMD modificado se reduce por el Co2+ en solución. Esto es beneficioso ya que la conductividad eléctrica del revestimiento es inversamente proporcional al contenido de agua.

Este estudio sugiere que la adición de Co/Mo en los electrodos EMD desempeñó un papel crucial. El dióxido de manganeso electrolítico modificado muestra un sobrepotencial competitivo (305 mV) al de los electrodos DSA® tradicionales de alto costo (341 mV) en OER ácido a 100 mA cm−2 y esto está respaldado por mediciones electroquímicas. El aditivo de iones Co2+ influye directamente en la estructura de MnO2, lo que reduce el sobrepotencial para la OER. Entre las muestras estudiadas para variar el contenido de cobalto, se encontró que la muestra MnMoCoO #5 es la mejor en términos de eficiencia energética en OER ácido que DSA®. La explicación propuesta sobre la reducción del sobrepotencial de OER que se encuentra en las muestras de EMD modificadas puede relacionarse con combinaciones mejoradas de resistencia a la transferencia de carga y factor de rugosidad. En particular, la resistencia a la transferencia de carga se correlaciona directamente con los sobrepotenciales. XPS y EDS muestran que la reducción del contenido de agua en el recubrimiento aumenta la conductividad eléctrica, lo que ahorra energía.

Cómo citar este artículo: Delgado, D. et al. Adición bimetálica de Co/Mo al dióxido de manganeso electrolítico para la generación de oxígeno en medio ácido. ciencia Rep. 5, 15208; doi: 10.1038/srep15208 (2015).

Bockris, JOM La alternativa del hidrógeno solar. (Australia y Nueva Zelanda Book Co Pty Ltd, 1975).

El-Bassuoni, A.-MA, Sheffield, JW & Veziroglu, TN Producción de hidrógeno y agua dulce a partir de agua de mar. En t. J. Hidrógeno Energ. 7, 919–923 (1982).

Artículo CAS Google Académico

Bockris, JOM La economía del hidrógeno en el futuro. En t. J. Hidrógeno Energ. 24, 1–15 (1999).

Artículo CAS Google Académico

Gibson, TL y Kelly, NA Optimización de la producción de hidrógeno con energía solar utilizando dispositivos de electrólisis fotovoltaica. En t. J. Hidrógeno Energ. 33, 5931–5940 (2008).

Artículo CAS Google Académico

Voser, P. Shell Energy Scenarios to 2050—Signals & Signposts. (Royal Dutch Shell, 2011).

Grundy, P. Shell Energy Scenarios to 2050—Energy. (Royal Dutch Shell, 2011).

Dudley, B. BP Energy Outlook 2030. (British Petroleum, 2011).

Colton, WM The Outlook for Energy a view to 2030. (Exxon Mobil Corporation, 2011).

Delgado , D. , Hefter , G. & Minakshi , M. en Energías Alternativas vol. 34 (ed. alemán, Ferreira) 141–161 (Springer, 2013).

Artículo Google Académico

Bockris, JOM, Reddy, AKN y Gamboa-Aldeco, M. Electroquímica moderna. Segunda edición, vol. 2A (Kluwer Academic/Plenum Publishers, 2000).

Matsumoto, Y. & Sato, E. Propiedades electrocatalíticas de óxidos de metales de transición para la reacción de evolución de oxígeno. Mate. química física 14, 397–426 (1986).

Artículo CAS Google Académico

O'Grady, W., Iwakura, C., Huang, J. y Yeager, E. en Proc. Síntoma electrocatalizador. (ed. Manfred W. Breiter) 286.302

Trasatti, S. & Buzzanca, G. Dióxido de rutenio: un nuevo material de electrodo interesante. Estructura de Estado Sólido y Comportamiento Electroquímico. J. Electroanal. química Electroquímica interfacial. 29, 1–2 (1971).

Artículo CAS Google Académico

Minakshi, M., Singh, P., Issa, TB, Thurgate, S. & Marco, RD Inserción de litio en un electrodo de dióxido de manganeso en una batería acuosa de MnO2/Zn. Parte II. Comparación del Comportamiento de EMD y Grado de Batería en Zn / [MnO2]. J. Fuentes de energía. 138, 319–322 (2004).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Bennett, JE Electrodos para la generación de hidrógeno y oxígeno a partir de agua de mar. En t. J. Hidrógeno Energ. 5, 401–408 (1979).

Artículo Google Académico

Fujimura, K. et al. Ánodos de óxido de manganeso-molibdeno depositados anódicamente con alta selectividad para la evolución de oxígeno en la electrólisis del agua de mar. Aplicación J. electroquímica 29, 765-771 (1999).

Artículo CAS Google Académico

Fujimura, K. et al. La durabilidad de los ánodos de óxido de manganeso y molibdeno para la evolución de oxígeno en la electrólisis del agua de mar. Electrochim. Acta. 45, 2297–2303 (2000).

Artículo CAS Google Académico

Matsui, T. et al. Ánodos de óxido de manganeso-molibdeno-tungsteno depositados anódicamente para la evolución de oxígeno en la electrólisis del agua de mar. Aplicación J. electroquímica 32, 993–1000 (2002).

Artículo CAS Google Académico

El-Moneim, AA, Kumagai, N., Asami, K. & Hashimoto, K. Ánodos nanocristalinos de óxido de manganeso, molibdeno y tungsteno para la evolución de oxígeno en la electrólisis ácida del agua de mar. Estera. Trans. 46, 309–316 (2005).

Artículo CAS Google Académico

Jacobsen, CJH et al. Diseño de Catalizadores por Interpolación en la Tabla Periódica: Catalizadores Bimetálicos de Síntesis de Amoníaco. Mermelada. Soc. 123, 8404–8405 (2001).

Artículo CAS Google Académico

Delgado, D., Minakshi, M., Senanayake, G. y Kim, D.-J. Dióxido de manganeso electrolítico modificado (MEMD) para la generación de oxígeno en medio alcalino. J. Estado Sólido Electr. 19, 1133–1142 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Ji-Ming Hu, Jian-Qing Zhang y Cao, C.-N. Reacción de evolución de oxígeno en electrodos de tipo DSA® basados ​​en IrO2: análisis cinético de líneas de Tafel y EIS. . En t. J. Hidrógeno Energ. 29, 791–797 (2004).

Artículo Google Académico

Bard, A. & Faulkner, L. Métodos electroquímicos fundamentales y aplicaciones. 2.ª edición, (John Wiley and sons, 2001).

Lasia, A. en Aspectos modernos de la electroquímica vol. 32 (eds. BE Conway, J. Bockris & RE White) 143–248 (Kluwer Academic/Plenum 1999).

Google Académico

Lasia, A. Impedancia de electrodos porosos. J. Electroanal. química 397, 27 (1995).

Artículo Google Académico

Simon, DE, Morton, RW & Gislason, JJ Una mirada de cerca al dióxido de manganeso electrolítico (EMD) y las fases g-MnO2 y e-MnO2 mediante el modelado de Rietveld. Adv. Anal de rayos X. 47, 267–280 (2004).

CAS Google Académico

Chabre, Y. & Pannetier, J. Propiedades Estructurales y Electroquímicas del Sistema Protón/gamma-MnO2. prog. Sólido St. Chem. 23, 1–130 (1995).

Artículo CAS Google Académico

Ruetschi, P. Modelo de catión-vacancia para MnO2. J. Electroquímica. Soc. 131, 2737–2744 (1984).

Artículo CAS Google Académico

Ruetschi, P. Influencia de las vacantes de cationes en el potencial de electrodo de MnO2. J. Electroquímica. Soc. 135, 2657–2663 (1988).

Artículo CAS Google Académico

Ruetschi, P. & Giovanoli, R. Vacantes de cationes en MnO2 y su influencia en la reactividad electroquímica J. Electrochem. Soc. 135, 2663–2669 (1988).

Artículo CAS Google Académico

Nesbitt, HW & Banerjee, D. Interpretación de espectros XPS Mn(2p) en oxihidróxidos de manganeso y restricciones en el mecanismo de precipitación de MnO2. Soy. Mineral. 83, 305–315 (1998).

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Nos gustaría agradecer a AINSE Ltd por brindar asistencia financiera (Award No ALNGRA12020/10366 y AINSE Post Graduate Research Award 10595) para permitir el trabajo en superficies de catalizadores. También nos gustaría reconocer el Programa de Centros de I+D Globales de NRF (Fundación Nacional de Investigación de Corea), financiado por MSIP (Ministerio de Ciencia, TIC y Planificación Futura) en KIGAM (Instituto Coreano de Geociencia y Recursos Minerales) por el tiempo del instrumento.

Escuela de Ingeniería y Tecnología de la Información, Universidad de Murdoch, Murdoch, Australia

Darío Delgado, Manickam Minakshi y Justin McGinnity

División de Investigación de Recursos Minerales, Instituto Coreano de Geociencias y Recursos Minerales, Daejeon, Corea del Sur

Dong Jin Kim

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DD diseñó la investigación, realizó los experimentos y escribió el primer borrador del manuscrito. MM contribuyó significativamente en la revisión del manuscrito, mientras que JM y DK participó en la discusión de los resultados. MM y DK ampliaron las instalaciones de equipamiento y caracterización.

Los autores declaran no tener intereses financieros en competencia.

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Reimpresiones y permisos

Delgado, D., Minakshi, M., McGinnity, J. et al. Adición bimetálica de Co/Mo al dióxido de manganeso electrolítico para la generación de oxígeno en medio ácido. Informe científico 5, 15208 (2015). https://doi.org/10.1038/srep15208

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Recibido: 26 mayo 2015

Aceptado: 21 de septiembre de 2015

Publicado: 15 de octubre de 2015

DOI: https://doi.org/10.1038/srep15208

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