Sebuah strategi untuk mengubah struktur elektrokatalis kerangka logam-organik
Green Tech

Sebuah strategi untuk mengubah struktur elektrokatalis kerangka logam-organik


Kerangka logam-organik untuk evolusi oksigen elektrokatalitik. Kredit: Zhao et al.

Reaksi evolusi oksigen (OER) adalah proses kimia yang mengarah pada pembentukan oksigen molekuler. Reaksi ini sangat penting untuk pengembangan teknologi energi bersih, termasuk elektrolisis air, sel bahan bakar regeneratif, dan baterai logam-udara yang dapat diisi ulang.

Sejauh mana reaksi ini terjadi sejauh ini terbatas pada banyak material, yang membatasi efisiensi konversi beberapa jenis teknologi energi. Ilmuwan material kemudian mencoba untuk mengidentifikasi bahan alternatif, termasuk logam, oksida logam dan hidroksida, yang dapat digunakan sebagai elektrokatalis untuk memicu reaksi ini. Namun, material yang diidentifikasi sejauh ini jauh dari ideal untuk implementasi skala besar, karena material tersebut tidak terlalu tahan atau terlalu mahal.

Kelas bahan yang diselidiki secara luas sebagai kemungkinan elektrokatalis untuk OER adalah kerangka logam-organik (MOFs), senyawa hibrid dan kristal yang terdiri dari susunan reguler ion logam bermuatan positif yang dikelilingi oleh molekul organik. Sementara bahan-bahan ini memiliki sifat katalitik yang menjanjikan, para ilmuwan belum mengidentifikasi strategi yang optimal untuk meningkatkan kinerjanya.

Para peneliti di National Center for Nanoscience and Technology di China, University of Sydney dan Chinese Academy of Sciences baru-baru ini menyusun strategi yang memungkinkan transformasi struktural MOF yang sangat aktif selama reaksi evolusi oksigen. Strategi ini, disajikan dalam makalah yang diterbitkan di Energi Alam, dapat meningkatkan aktivitas OER dalam teknologi energi baru, sehingga meningkatkan efisiensi konversinya.

Sebuah strategi untuk mengubah struktur elektrokatalis kerangka logam-organik

Proses transformasi struktural yang diinduksi oleh potensi pada Kementerian Keuangan. Kredit: Zhao et al

“Pada tahun 2016, kami menemukan kelas nanosheet kerangka logam-organik ultrathin (UMOFN) yang menunjukkan aktivitas dan stabilitas superior untuk evolusi oksigen elektrokatalitik,” Zhiyong Tang, salah satu peneliti yang melakukan penelitian tersebut, mengatakan kepada Tech Xplore. “Setelah dilaporkan, hal itu membangkitkan minat luas dalam komunitas ilmiah dan peningkatan substansial dalam aktivitas katalitik menuju pemisahan air telah berhasil dicapai dengan menggunakan bahan berbasis MOF yang berbeda. Bahkan jika desain MOF kami tampak cukup menjanjikan, masalah mendasar tentang asal mula Aktivitas katalitik OER yang tinggi memotivasi kami untuk memulai eksplorasi penelitian lima tahun yang diakhiri dengan makalah terbaru kami. “

Tujuan utama dari studi terbaru yang dilakukan oleh Tang dan rekan-rekannya adalah untuk mengungkap asal dan penyebab aktivitas OER yang tinggi selama elektrokatalisis MOF. Pada akhirnya, ini akan memungkinkan para peneliti untuk merancang elektrokatalis OER yang berkinerja tinggi yang dapat mengurangi konsumsi energi dan meningkatkan efisiensi elektroliser.

“Kami menemukan rekonstruksi dua langkah yang diinduksi potensial pada anoda logam di MOFs,” jelas Tang. “Kami menemukan bahwa spesies logam akan berubah menjadi Ni0,5Bersama0,5(OH)2 dan Ni0,5Bersama0,5OOH0.75 spesies pada potensi penerapan yang relatif rendah dan tinggi, masing-masing. Ni yang terbentuk secara in-situ0,5Bersama0,5OOH0.75 (pada potensi terapan tinggi) dengan kekosongan oksigen yang melimpah dan bilangan oksidasi yang tinggi berkorelasi baik dengan aktivitas pengembangan oksigen yang tinggi. “

Pendekatan untuk mentransformasi MOF secara struktural selama OER yang dibuat oleh Tang dan rekan-rekannya sederhana dan pada akhirnya dapat digunakan untuk menghasilkan teknologi energi bersih pada suhu kamar dalam skala besar. Dengan menggunakan pendekatan ini, para peneliti menciptakan katalis OER yang dapat diintegrasikan ke dalam berbagai teknologi energi terbarukan, termasuk elektroliser, baterai logam-udara, dan sel bahan bakar yang dapat dibalik, meningkatkan efisiensi konversinya.

“Kami menemukan transformasi struktural dan mengidentifikasi spesies aktif tinggi selama elektrokatalisis MOF,” kata Tang. “Pekerjaan kami memperkenalkan mekanisme katalitik tingkat atomik dari katalisis MOF, tetapi juga membuka jalan untuk merancang katalis OER berbasis MOF berkinerja tinggi. Dengan menggunakan mekanisme ini, kami mengembangkan katalis NiFe MOF berkinerja tinggi dengan overpotensial yang sangat rendah dan kami sekarang mencari dukungan tambahan untuk meningkatkan pekerjaan ini untuk pengujian skala besar. ”


Para peneliti mengembangkan katalis oksida perovskit berkinerja tinggi menggunakan bahan oksida logam transisi akhir


Informasi lebih lanjut:
Transformasi struktural elektrokatalis kerangka logam-organik yang sangat aktif selama reaksi evolusi oksigen. Energi Alam(2020). DOI: 10.1038 / s41560-020-00709-1.

Nanosheets kerangka logam-organik ultrathin untuk evolusi oksigen elektrokatalitik. Energi Alam(2016). DOI: 10.1038 / nenergy. 2016.184.

© 2020 Science X Network

Kutipan: Strategi untuk mengubah struktur kerangka logam-organik elektrokatalis (2020, 30 November) diambil pada 30 November 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-11-strategy-metal-organic-framework-electrocatalysts.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Lagutogel