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(Noticias de Nanowerk) Grupo del Prof. ZHANG Tao en el Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo (NIMTE) de la Academia de Ciencias de China (CAS), en colaboración con el Prof. HOU Yang de la Universidad de Zhejiang y el Prof. XIAO Jianping del Instituto de Física Química de Dalian de CAS, propuso una nueva estrategia de nanoconfinamiento bidimensional (2D) para mejorar en gran medida la actividad de la reacción de evolución de oxígeno (OER) de estructuras metalorgánicas (MOF) de baja conductividad.
Los resultados fueron publicados en comunicación de la naturaleza («Excepcional actividad catalítica de la reacción de evolución de oxígeno a través de estructuras metalorgánicas bidimensionales confinadas en múltiples capas de grafeno»).
![NiFe-MOF // G fabricado sobre el nanoconfinamiento de multicapas de grafeno](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id61741_1.jpg)
El desarrollo de electrocatalizadores altamente eficientes para la conversión electroquímica del agua para generar energía de hidrógeno limpia y sostenible ha atraído una gran atención durante décadas.
A pesar del papel crucial que juega el OER en la división del agua, el OER en el ánodo se esfuerza por lograr un potencial termodinámico relativamente alto para acelerar la cinética de división del agua. Gracias a su área de superficie alta, porosidad ajustable, composiciones diversas y centros metálicos, los MOF se han convertido en candidatos prometedores para electrocatalizadores OER eficientes. Sin embargo, la mala conductividad intrínseca de la mayoría de los MOF obstaculizó gravemente su actividad catalítica.
Para abordar este problema, los investigadores de NIMTE propusieron una estrategia electroquímica para encapsular los MOF entre multicapas de grafeno a través del sistema electroquímico de dos electrodos, lo que proporciona a los MOF de mala conducción un rendimiento catalítico muy mejorado.
El NiFe-MOF//G así preparado muestra un sobrepotencial notablemente bajo de 106 mV para alcanzar 10 mA cm-2y supera al NiFe MOF original, así como a otros MOF informados anteriormente y sus derivados. Además, el electrodo NiFe-MOF//G es muy estable, lo que permite mantener el rendimiento durante más de 150 h a 10 mA cm-2 sin disminución aparente de la actividad.
Sorprendentemente, los resultados de los experimentos de espectroscopia de absorción de rayos X y los cálculos de la teoría funcional de la densidad muestran que la nanoencapsulación de multicapas de grafeno optimiza la estructura electrónica y el centro catalítico de los materiales MOF mediante la formación de NiO altamente reactivo.6-FeO5 especies octaédricas distorsionadas en la estructura MOF. Además, el nanoconfinamiento reduce el potencial de confinamiento para la reacción de oxidación del agua.
La estrategia de nanoencapsulación se puede aplicar a otros MOF diferentes con diferentes estructuras, mejorando en gran medida sus actividades electrocatalíticas. Mientras tanto, este trabajo desafía la noción común de MOF puros como catalizadores inertes y muestra el gran potencial de aplicación de los MOF mal conductores o incluso aislantes en aplicaciones electrocatalíticas.
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