Estruturas de Quadros Metal–Orgânicos Reconstruídas Racionalmente como Eletocatalisadores Robustos para Evolução de Oxigênio

Reconstruir estruturas de quadros metal-orgânicos (MOFs) para uma estrutura de quadro projetada oferece oportunidades inovadoras para alcançar um desempenho eletrocatalítico sem precedentes na reação de evolução de oxigênio (OER), mas raramente, ou nunca, foi proposto e investigado até agora. Aqui, é relatada a primeira fabricação bem-sucedida de um eletrocatalisador robusto de OER por reconstrução precisa de uma estrutura de MOF, a saber, de MOF-74-Fe para MIL-53(Fe)-2OH com diferentes ambientes de coordenação nos locais ativos. Devido à redução radical da divisão de campo cristalino eg -t2g em Fe-3d e as barreiras de salto eletrônico muito suprimidas através dos efeitos sinérgicos das espécies de O, a OER eficiente em MIL-53(Fe)-2OH é garantida. Beneficiando-se dessa estrutura eletrônica desejada, o catalisador projetado MIL-53(Fe)-2OH exibe alta atividade intrínseca de OER, incluindo uma baixa sobrepotencial de 215 mV a 10 mA cm-2, baixa inclinação de Tafel de 45,4 mV dec-1 e alta frequência de troca (TOF) de 1,44 s-1 a 300 mV de sobrepotencial, mais de 80 vezes a do catalisador comercial de IrO2 (0,0177 s-1). Consistente com os cálculos da teoria do funcional de densidade (DFT), a simulação cinética em tempo real revela que a conversão de O* para OOH* é o passo limitante na taxa nos locais ativos de MIL-53(Fe)-2OH.