La ingeniería de cristales permite estructuras metálicas orgánicas basadas en cobalto como electrocatalizadores de alto rendimiento para la producción de H2O

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Las estructuras metal-orgánicas (MOF) son electrocatalizadores prometedores para la reacción de reducción de oxígeno de dos electrones (2e-ORR).
• El desarrollo de catalizadores basados en MOF para una alta selectividad y tasa de producción de H2O2 sigue siendo un desafío.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y demostrar electrocatalizadores MOF avanzados para la producción eficiente de H2O2 mediante 2e-ORR.
• Para lograr un control fino sobre los MOF a escala atómica y nano para mejorar el rendimiento catalítico.

Principales métodos:

• Se utilizaron marcos de imidazol de zeolita bimetálica Zn/Co (ZnCo-ZIF) como material de base.
• Se utiliza un control a nivel atómico para regular la participación de las moléculas de agua en el ORR.
• Control de la morfología para la exposición de la faceta deseada y ajuste de la insaturación de la coordinación del sitio activo.
• Resultados experimentales combinados con simulaciones de la teoría funcional de la densidad (DFT).

Principales resultados:

• La regulación estructural a escala atómica y nano logró un control sincrónico sobre la cinética y la termodinámica de ORR.
• El ZnCo-ZIF optimizado (9/1 relación Zn/Co, {001} exposición a la faceta) mostró una selectividad de 2e-ORR de ~100%.
• Se logró un alto rendimiento de H2O2 de 4,35 mol gcat−1 h−1 con el catalizador optimizado.

Conclusiones:

• El diseño elaborado y el control fino de los MOF en múltiples escalas permiten un excelente rendimiento del electrocatalizador 2e-ORR.
• Este trabajo ofrece una nueva estrategia para el desarrollo de MOF multivariados para la producción avanzada de H2O2.