Electrocatalizadores orgánicos metálicos estables para electrolizadores de agua con membrana de intercambio aniónico...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los catalizadores eficientes y duraderos son cruciales para los electrolizadores de agua de membrana de intercambio aniónico (AEMWE) utilizados en la producción de hidrógeno verde.
• La reacción de evolución del oxígeno alcalino (OER) es un cuello de botella clave en el rendimiento de AEMWE.
• Los catalizadores existentes a menudo se enfrentan a una compensación de la estabilidad de la actividad.

Objetivo del estudio:

• Para diseñar electrocatalizadores orgánicos metálicos defectuosos (MOF) basados en níquel y carboxilato de benceno (Ni-BDC) mediante la incorporación de ferrocenecarboxilatos (Fc).
• Romper el equilibrio entre la actividad y la estabilidad en la electrocatálisis para mejorar el rendimiento OER.
• Desarrollar catalizadores avanzados para las AEMWEs prácticas.

Principales métodos:

• La ingeniería de defectos de los MOF de Ni-BDC mediante la coordinación de Fc con los sitios metálicos.
• Caracterización electroquímica para evaluar la actividad y la durabilidad de los OER.
• Espectrometría de masas electroquímica operando con espectroscopia Raman y etiquetado de isótopos para estudios mecanicistas.

Principales resultados:

• El defecto MOF, Ni-BDC: Fc_5:1, demostró una alta frecuencia de rotación de OER de 0,75 O2 s-1 a un exceso de potencia de 300 mV.
• El Ni-BDC:Fc_5:1 exhibió una mayor estabilidad en comparación con el Ni-BDC puro.
• El catalizador permitió que un AEMWE alcanzara una densidad de corriente de 1 A cm-2 a 1,73 Vcell y funcionara de manera estable durante más de 120 horas.

Conclusiones:

• Los defectos moderados, como los sitios de Ni insaturados, mejoran tanto la actividad como la estabilidad al inhibir el intercambio de oxígeno en la red y facilitar el transporte de iones / electrones.
• El catalizador diseñado Ni-BDC:Fc_5:1 ofrece una solución prometedora para un REA eficiente y duradero en las AEME.
• Este trabajo allana el camino para la producción de hidrógeno verde a gran escala a través de la electrólisis del agua.