Ru atomicamente disperso en ZIF-67 como catalizador HER de alto rendimiento: in situ elucidación de la evolución...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los marcos de imidazolato zeolítico (ZIF), en particular el ZIF-67, se estudian ampliamente para la catálisis de la reacción de evolución del hidrógeno (HER).
• La actividad catalítica intrínseca de ZIF-67 prístino para HER está limitada por su naturaleza inerte.
• La incorporación de metales nobles es una estrategia común para mejorar el rendimiento del catalizador MOF.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un método sin recocido para implantar metales nobles monoatómicos (Ru, Rh, Pd) en el ZIF-67.
• Investigar el impacto de la modificación de un solo átomo en la actividad HER de ZIF-67.
• Para aclarar el mecanismo de reconstrucción electroquímica de ZIF-67 modificado en condiciones HER.

Principales métodos:

• Implantación sin recocido de un solo átomo de Ru, Rh y Pd en ZIF-67.
• Caracterización electroquímica de los catalizadores para la reacción de evolución del hidrógeno (HER).
• Estudios operando y cálculos teóricos para sondear los mecanismos de reacción.

Principales resultados:

• La modificación de un solo átomo de Ru redujo significativamente el sobrepotencial de HER de ZIF-67/CC en 252 mV y disminuyó la pendiente de Tafel en un 70%.
• Se observó la reconstrucción electroquímica, que involucra el colapso del esqueleto de ZIF-67 en Co ((OH) 2) y la agregación de Ru en nanopartículas.
• Esta segregación de fase condujo a una excesiva adsorción de hidrógeno y a una degradación del rendimiento.

Conclusiones:

• La ingeniería de un solo átomo es una estrategia efectiva para activar las propiedades catalíticas latentes de las estructuras orgánicas metálicas prístinas (MOF).
• La comprensión de la reconstrucción electroquímica y la segregación de fases es crucial para el diseño de electrocatalizadores estables basados en MOF.
• El estudio revela el comportamiento dinámico de ZIF-67 en condiciones catódicas, destacando las limitaciones para las aplicaciones de HER a largo plazo.