Significado da Engenharia das Unidades Octaédricas para Promover a Reação de Evolução de Oxigênio de Óxidos de Espinela

O portador de energia limpa, hidrogênio, se produzido de forma eficiente por meio da eletrólise da água utilizando energia renovável, revolucionaria o cenário energético. É a lenta reação de evolução de oxigênio (OER) no ânodo do eletrólito de água que limita a eficiência total. A grande família de óxidos de espinela é amplamente estudada devido ao seu baixo custo e promissora atividade de OER. Como a distribuição de cátions de metais de transição (TM) nos sítios octaédricos e tetraédricos é uma variável importante que controla a estrutura eletrônica dos óxidos de espinela, o efeito geométrico do TM sobre a OER é discutido. O papel dominante dos sítios octaédricos é encontrado experimentalmente e explicado por estudos computacionais. O TM redox-ativo localizado no sítio octaédrico garante uma interação eficaz com o oxigênio em condições de OER. Além disso, os centros octaédricos adjacentes na espinela atuam cooperativamente na promoção da cinética rápida de OER. Em notável contraste, os centros TM tetraédricos isolados na espinela proíbem a OER mediada por sítios de metais duplos. Além disso, vários óxidos de espinela preferencialmente expõem cátions ocupados em octaedros na superfície, tornando os cátions octaédricos facilmente acessíveis aos reagentes. As perspectivas futuras e os desafios para avançar na compreensão fundamental e desenvolver catalisadores robustos de espinela são discutidos.