El catalizador de marco orgánico de metal bimetálico Co-Cu supera el punto de referencia Pt/C para la reducción de...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los nanomateriales basados en platino (Pt) son los principales catalizadores de la reacción de reducción de oxígeno (ORR).
• El alto costo y la escasa abundancia de Pt impiden su amplia aplicación en pilas de combustible y baterías de aire metálico.
• Necesidad de alternativas rentables y eficientes a los catalizadores Pt para la conversión de energía electroquímica.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar un catalizador de marco metálico orgánico bimetálico no precioso (MOF) para ORR.
• Evaluar el rendimiento electrocatalítico y la estabilidad de los MOF bimetálicos Co-Cu en ambientes alcalinos.
• Comparar el rendimiento del catalizador MOF con los catalizadores Pt/C comerciales y en las baterías de zinc-aire.

Principales métodos:

• Síntesis hidrotermal a baja temperatura de un MOF bimetálico Co-Cu.
• Caracterización electroquímica del catalizador MOF para la actividad ORR y la estabilidad en 0,1 M NaOH.
• Evaluación del rendimiento de las baterías de zinc-aire.
• Espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) y proyector de densidad de estados (PDOS) para el análisis de la estructura electrónica.

Principales resultados:

• El MOF bimetálico Co-Cu exhibió una actividad electrocatalítica ORR superior en comparación con Pt/C.
• Se logró un potencial de inicio de 1,06 V frente a RHE y un potencial de media onda de 0,95 V frente a RHE.
• Estabilidad electroquímica mejorada con una disminución de solo 30 mV en el potencial de media onda después de 1000 ciclos ORR.
• Superó a Pt/C en densidad de potencia y ciclabilidad en baterías de zinc-aire.

Conclusiones:

• El MOF bimetálico Co-Cu de diseño racional es un catalizador no precioso muy prometedor para ORR.
• La sinergia electrónica única entre los centros Co y Cu en la estructura MOF impulsa el rendimiento catalítico mejorado.
• Este MOF ofrece una alternativa rentable y eficiente a los catalizadores basados en Pt para dispositivos de energía electroquímica.