Modulación de la coordinación del iridio para controlar la vía de reacción de la evolución del oxígeno

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La reacción de evolución del oxígeno (OER) es crucial para las tecnologías de conversión de energía.
• La adaptación de la coordinación del sitio activo puede cambiar las vías OER del mecanismo de evolución de adsorbados (AEM) al mecanismo de oxígeno en red más activo (LOM).
• Se necesitan estrategias de síntesis eficaces para controlar los entornos de coordinación.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una estrategia de transformación de fase para la ingeniería precisa de números de coordinación de iridio (Ir) en marcos de imidazolato zeolítico (ZIF).
• Investigar el impacto de los diferentes números de coordinación de IR en la trayectoria y el rendimiento de los REA.
• Establecer una correlación entre el entorno de coordinación y la actividad catalítica para los REA.

Principales métodos:

• Transformación de fase de las ZIF cargadas con Ir mediante calcinación al aire para producir Co3O4 dopado con Ir con números de coordinación distintos (Ir1Ox-Co3O4, x=4, 6).
• Caracterización electroquímica exhaustiva para evaluar el rendimiento OER (sobrepotencial, estabilidad, actividad de masa).
• Análisis de los mecanismos de reacción, incluidos los cálculos de la teoría funcional de la densidad y los estudios espectroscópicos in situ (implicados).

Principales resultados:

• Se han sintetizado con éxito dos tipos de catalizadores de Co3O4 dopados con Ir: Ir1O6-Co3O4 e Ir1O4-Co3O4, con diferentes números de coordinación de Ir.
• Ir1O6-Co3O4, con un número de coordinación más alto, promueve el mecanismo de oxígeno de rejilla de doble sitio metálico (DMSM-LOM), exhibiendo un exceso de potencial más bajo (253 mV a 10 mA cm-2) y una mayor estabilidad (> 200 h).
• El Ir1O6-Co3O4 demostró una actividad de masa significativamente mayor en comparación con el Ir1O4-Co3O4 y el IrO2 comercial (3,4x y 17,3x, respectivamente).

Conclusiones:

• La estrategia de transformación de fase diseña efectivamente el número de coordinación de sitios activos para OER.
• Un número de coordinación Ir más alto en Ir1O6-Co3O4 facilita la vía DMSM-LOM, lo que lleva a un rendimiento OER superior.
• Este trabajo proporciona información sobre el diseño racional de catalizadores para REA de alto rendimiento al correlacionar el entorno de coordinación con los mecanismos de reacción.