Uma alternativa, baixa

Oct 27, 2023

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 9368 (2022) Citar este artigo

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A reação eletroquímica de evolução do hidrogênio (HER) é normalmente estudada em um sistema de três eletrodos. Neste sistema, vários contra-eletrodos são comumente usados ​​para garantir uma cinética rápida, incluindo Pt, ouro e carbono vítreo. No entanto, a aplicação extensiva de tais eletrodos levantou advertências sobre a contribuição das espécies redox-ativas que se dissolvem a partir de tais eletrodos e se redepositam na superfície do eletrodo de trabalho para o sobrepotencial medido. Consequentemente, isto tem sido frequentemente confundido com a assinatura eletroquímica real do catalisador do eletrodo de trabalho, resultando em um aumento enganoso no sobrepotencial registrado. Esta questão torna-se mais crítica quando as medições de eletrólise envolvem uma etapa de ativação, necessitando de contra-eletrodos alternativos que sejam estáveis, especialmente em meio ácido, que é comumente usado como eletrólito em estudos de HER. Aqui, enquanto desvendamos sistematicamente tais problemas, é demonstrado um contra-eletrodo alternativo que supera esses problemas. Especificamente, a correlação entre a área do eletrodo de trabalho e a do contra-eletrodo, a taxa de dissolução do contra-eletrodo e a faixa de potencial usada na ativação/limpeza da superfície na aceleração da taxa de dissolução é explorada e discutida em detalhes. Finalmente, a malha de Ti comercial é demonstrada como um contra-eletrodo emergente alternativo, que provou ser muito estável e conveniente para estudar o HER em meio ácido.

Durante as últimas décadas, o hidrogénio foi introduzido como uma alternativa promissora aos combustíveis fósseis tradicionais. A este respeito, a eletrólise é o processo comumente utilizado para produzir hidrogênio em grandes quantidades. Neste sistema, a Pt é o eletrocatalisador mais utilizado para a semi-reação de redução de água devido à sua eficiente condutividade elétrica, alta resistência mecânica e atividade catalítica superior . Porém, seu uso na produção em larga escala tem sido bastante restrito devido ao seu alto custo. Portanto, há uma necessidade crescente de desenvolver eletrocatalisadores de reação de evolução de hidrogênio abundantes na terra que possuam atividade catalítica comparável à da Pt e sejam baratos. Por exemplo, estudos anteriores introduziram carboneto de molibdênio combinado com rGO, revelando quase a mesma atividade em relação à reação de evolução de hidrogênio (HER) de Pt/C2. Além disso, os catalisadores à base de Ni - C mostraram desempenho comparável ao de Pt em HER3. No entanto, quase metade dos estudos publicados relacionados ao HER utilizou Pt como contraeletrodo sem utilização de membrana de troca iônica4,5. No entanto, a Pt não é estável e sofre dissolução química/eletroquímica durante a ciclagem potencial . Então, os íons Pt dissolvidos se redepositam na superfície do eletrodo de trabalho, resultando em um aumento enganoso no sobrepotencial medido . Além disso, mesmo quando uma membrana de troca iônica (Nafion) é utilizada, a dissolução e deposição de Pt no eletrodo de trabalho ainda ocorre8. Essas preocupações exigiram a busca por contraeletrodos alternativos. Consequentemente, foram utilizados materiais à base de carbono, como carbono vítreo ou haste de grafite. No entanto, a questão ainda existe; esses eletrodos são estáveis? e se não, há uma saída?

Para resolver esse problema, investigamos aqui a estabilidade dos contra-eletrodos mais comumente usados ​​(Pt, Au e carbono vítreo) durante o HER em meio ácido. O efeito da área relativa do eletrodo de trabalho ao contra-eletrodo e a faixa de potencial usada na ativação/limpeza da superfície na taxa de dissolução do contra-eletrodo e sua correlação com os sobrepotenciais registrados são totalmente abordados e discutidos. Finalmente, demonstramos o potencial da malha comercial de titânio como um contra-eletrodo estável e funcional para HER em meio ácido.