Nanocomposites de Estruturas Heterogêneas Fe-Base Metal–Organic Framework-Ni3S2 para Reação Eletroquímica de Evolução de Oxigênio em Altas Densidades de Corrente

O hidrogênio, que possui uma alta densidade de energia e emite zero gases de efeito estufa quando utilizado, é particularmente promissor como uma alternativa aos combustíveis fósseis tradicionais. A eletrólise da água é uma tecnologia econômica para a produção de gás hidrogênio sustentável e de alta pureza. No entanto, a cinética intrinsecamente lenta da reação de evolução do oxigênio (OER) no ânodo sempre diminui a eficiência da produção de hidrogênio; assim, o desenvolvimento de catalisadores eletroquímicos altamente ativos e duráveis com cinéticas de OER melhoradas é desejável e crucial. Neste trabalho, nanocomposites de estrutura heterogênea de metal-organic framework (MOF) à base de Fe-Ni3S2 são sintetizados em um substrato de espuma de níquel (NF). O catalisador Fe MOF-Ni3S2/NF auto-suportado apresenta excelentes atividades catalíticas para OER. Em meio alcalino (1,0 M KOH), apenas 243 mV de sobrepotencial são necessários para alcançar a densidade de corrente de 100 mA·cm–2. Mesmo em altas densidades de corrente comercialmente viáveis de 500 e 1000 mA·cm–2, sobrepotenciais ultrabaixos de 283 e 309 mV são necessários, respectivamente. A atividade catalítica do Fe MOF-Ni3S2/NF supera amplamente a dos catalisadores de metais nobres (por exemplo, RuO2) e a maioria dos catalisadores OER de metais não nobres relatados na literatura. Além disso, o nanocomposite Fe MOF-Ni3S2/NF exibe estabilidade ultralta a longo prazo em altas densidades de corrente, com quase nenhuma atenuação da atividade no teste de crono-potentiometria realizado a 100 mA·cm–2 e uma atenuação negligenciável (23 mV) a 500 mA·cm–2 por 20 horas. Nossas descobertas fornecem insights sobre o design e a preparação de catalisadores eletroquímicos econômicos, altamente ativos e duráveis para OER em altas densidades de corrente.