_ Se deschide metoda de gravare chimică pori pentru celulele de combustie și nu numai

O metodă de gravare chimică pentru lărgirea porilor cadrelor metalo-organice (MOF) ar putea îmbunătăți diverse aplicații ale MOF, inclusiv în celulele de combustie și ca catalizatori. Cercetătorii de la Universitatea Nagoya din Japonia și de la Universitatea Normală din China de Est din China au dezvoltat noua metodă cu colaboratori din alte părți din Japonia, Australia și China, iar munca lor a fost publicată în Journal of the American Chemical Society.

MOFs. sunt materiale poroase compuse din grupuri metalice sau ioni interconectați prin grupări linker pe bază de carbon (organice). Varierea componentelor metalice și organice generează o varietate de MOF-uri potrivite pentru o gamă largă de aplicații, inclusiv cataliză, separare chimică și stocare a gazelor.

Unele MOF-uri au un potențial clar de catalizare a reacțiilor chimice din interiorul pilelor de combustibil, care sunt explorate ca bază a sistemelor de energie regenerabilă. Deoarece nu folosesc combustibili fosili, pilele de combustibil ar putea juca un rol cheie în tranziția către o economie cu emisii scăzute sau zero pentru a combate schimbările climatice.

„Cu toate acestea, a existat o problemă în utilizarea MOF, deoarece stratul de catalizator este prea gros, iar structura lor poroasă este insuficient de deschisă pentru a permite transferul necesar de substanțe chimice.Aceasta exacerbează proprietățile lente de transport de masă ale stratului de catalizator și limitează aplicarea MOF în multe sisteme de energie regenerabilă, în special pentru Aplicații pentru celulele de combustibil cu membrană cu schimb de protoni (PEMFC)."

"Deci, un interes din ce în ce mai mare a fost în construirea de MOF-uri goale cu structuri cu pori deschisi pentru a stimula penetrarea reactanților și a scurta căile de difuzie a masei. Acest lucru face posibilă noi să elaborăm morfologii fără precedent și structuri goale cu structuri cu pori deschisi într-o singură nanoparticulă MOF ca precursor pentru catalizatorii PEMFC, deblocând potențialul materialelor avansate pentru aplicațiile PEMFC”, explică Yusuke Yamauchi de la echipa Nagoya. Instabilitatea chimică a MOF-urilor existente a fost, de asemenea, o barieră în calea utilizării lor.

Cercetătorii au folosit amestecuri chimice pentru a grava o structură mai deschisă în întregul MOF. După un ciclu inițial de gravare, interiorul MOF a devenit mai poros, ceea ce înseamnă că ar putea fi încărcat cu ioni de fier care sunt cruciali pentru cataliză. Acest MOF are ioni individuali de fier ancorați în structura sa deschisă, permițând fiecărui ion să fie activ catalitic individual. Catalizatorii finali, cunoscuți sub numele de OP-Fe-NC, au fost obținuți prin supunerea MOF finală la tratament de calcinare într-o atmosferă inertă.

Simulările preliminare sugerează că această structură va îmbunătăți considerabil mișcarea oxigenului prin material. , care ar trebui să-și sporească semnificativ activitatea și stabilitatea. Rezultatele promițătoare evidențiază potențialul OP-Fe-NC ca un electrocatalizator eficient pentru diferite dispozitive de stocare și conversie a energiei.

Pentru această lucrare, utilizarea OP-Fe-NC ca catalizator catodic a produs o reacție extraordinară de reducere a oxigenului. (ORR) și stabilitate excelentă în medii acide, care este chiar mai bună decât catalizatorul comercial de platină/carbon. În celula de combustie, OP-Fe-NC a arătat o densitate mare de curent, care era aproape de obiectivul US Department of Energy (DOE) 2025.

„Această lucrare oferă o nouă abordare pentru proiectarea și optimizarea înaltei -catalizatori de eficiență pentru ORR prin creșterea simultană a activităților catalitice intrinseci ale site-urilor active și prin utilizarea eficientă a site-urilor active din stratul de catalizator", spune Wei Xia de la East China Normal University, China.

După ce au demonstrat potențialul metodei lor în principiu, cercetătorii intenționează acum să exploreze modul în care alte modificări chimice ar putea optimiza abordarea de a produce materiale potrivite diferitelor situații din lumea reală. „Intenționăm să reducem decalajul dintre munca experimentală și aplicațiile practice, sperăm că aduc o contribuție reală la eforturile către soluții energetice durabile”, spune Yamauchi.

(Fluierul)