Descripción del proyecto
Un enfoque radicalmente nuevo podría ofrecer vías de reacción en cascada de alta eficiencia
La reacción de evolución del oxígeno (REO, u OER por sus siglas en inglés) es un paso limitante que frena la generación de oxígeno molecular e hidrógeno renovable en numerosos procesos. Recientemente, esta reacción recibió atención considerable debido a su importancia para distintos procesos industriales sostenibles y, más en concreto, para la energía renovable destinada al refinado de metales, las baterías y la producción de combustibles por electrólisis del agua en oxígeno e hidrógeno. Los catalizadores son fundamentales para la REO, y crear catalizadores más eficientes es una estrategia asidua en estudios en los que se busca mejorar la eficiencia de la REO. El proyecto ME4OER, financiado con fondos europeos, diseñará los mecanismos de reacción de múltiples pasos en una secuencia de reacciones en lugar dar con un catalizador mejor para uno de ellos, un método con el que la eficiencia podría mejorar exponencialmente, y no solo para la REO.
Objetivo
I propose innovative strategies to elucidate and engineer the electrocatalytic mechanism of earth-abundant transition metal oxides with the aim of enhancing the low efficiency of the oxygen evolution reaction (OER). Mastering multi-electron reactions such as the OER is critical for the transition from dwindling fossil fuels to ecologically and economically sustainable fuels based on renewable energy. Water is the most abundant source of hydrogen bonds on earth and fuels based on these bonds have the highest energy densities, which makes water an attractive resource for sustainable fuels production. However, the production of any hydrogen-based fuel from water is currently thwarted by the low efficiency of the OER. Improved catalysts are presently designed by optimizing a single step in the reaction sequence. In contrast, I target the low efficiency of the OER by engineering multiple steps of the mechanism to (i) control the number of electron transfers before the limiting step; and (ii) enforce a reaction path close to the thermodynamic limit. Combining these two strategies increases the catalytic current of transition metal oxides at typical overpotentials by a factor of 100,000. Rational design of the mechanism on this fundamental level calls for unprecedented insight into the active state of electrocatalysts. My team will achieve this firstly by novel approaches to prepare catalytically limiting states for their elucidation by synchrotron-based X-ray spectroscopy and secondly by studying transitions between these states in pioneering time-resolved experiments. Both the required breakthroughs in method development and the innovative scientific strategies are generalizable to other multi-electron reactions, which opens the door for industrial catalysts that store energy sustainably in hydrogen-based fuels on a global scale.
Ámbito científico
Palabras clave
Programa(s)
Régimen de financiación
ERC-STG - Starting GrantInstitución de acogida
14109 Berlin
Alemania