Structures métalliques organiques reconstruites de manière rationnelle en tant qu'électrocatalyseurs robustes pour l'évolution de l'oxygène

La reconstruction de cadres métalliques organiques (MOFs) vers une structure de cadre conçue offre des opportunités révolutionnaires pour atteindre des performances électrocatalytiques sans précédent dans la réaction d'évolution de l'oxygène (OER), mais n'a que rarement, voire jamais, été proposée et étudiée jusqu'à présent. Ici, la première fabrication réussie d'un électrocatalyseur OER robuste par reconstruction précise d'une structure de MOF est rapportée, à savoir, de MOF-74-Fe à MIL-53(Fe)-2OH avec différents environnements de coordination aux sites actifs. En raison de la réduction radicale de la séparation champ cristallin eg -t2g dans Fe-3d et des barrières de saut d'électrons considérablement réduites grâce aux effets synergiques des espèces O, l'efficacité de l'OER dans MIL-53(Fe)-2OH est garantie. Grâce à cette structure électronique souhaitée, le catalyseur MIL-53(Fe)-2OH conçu présente une grande activité intrinsèque pour l'OER, y compris une faible surpotential de 215 mV à 10 mA cm-2, une pente de Tafel basse de 45,4 mV déc-1 et une fréquence de rotation élevée (TOF) de 1,44 s-1 à un surplus de potentiel de 300 mV, plus de 80 fois celle du catalyseur commercial IrO2 (0,0177 s-1). En accord avec les calculs de théorie fonctionnelle de la densité (DFT), la simulation cinétique en temps réel révèle que la conversion de O* à OOH* est l'étape limitante sur les sites actifs de MIL-53(Fe)-2OH.