Con el rápido desarrollo de la tecnología industrial, La crisis energética provocada por la escasez de energía fósil ha sido un problema creciente. Los sistemas de fuentes de energía renovable y verde, como las pilas de combustible y las baterías de metal-aire, se consideran alternativas fiables a los combustibles fósiles. La reacción de reducción de oxígeno (ORR) y la reacción de desprendimiento de oxígeno (OER) son semirreacciones importantes en estas aplicaciones. Los catalizadores de metales nobles se utilizan ampliamente tanto para ORR como para OER. Sin embargo, su escasez, Alto costo, y la escasa durabilidad impiden en gran medida la aplicación a gran escala. Por lo tanto, Es muy deseable un diseño racional de electrocatalizadores de oxígeno bifuncionales y económicos.

Estructuras metalorgánicas (MOF), una nueva clase de material con propiedades químicas y físicas especiales ha atraído una gran atención en los últimos años por sus posibles aplicaciones versátiles. Recientemente, La aplicación de MOF en reacciones electroquímicas ha sido un campo de investigación emergente porque la gran superficie de los MOF puede maximizar la densidad del sitio activo. y las estructuras químicas especiales de los MOF proporcionan un microambiente personalizado para una reacción controlable dentro de los poros. Sin embargo, El uso de MOF directamente en el campo de la electrocatálisis rara vez se informa debido a su bajo transporte de iones y su conductividad eléctrica desfavorable.

Encapsular nanopartículas en esferas de carbono mesoporosas huecas (HMCS) es un diseño clásico. Este diseño es útil para estabilizar los sitios activos catalíticos, aumentar la conductividad eléctrica y reducir las longitudes de transporte de masa. Los diseños de estructura de cáscara de yema, como nanopartículas metálicas @ carbono y óxido metálico @ carbono, se han utilizado ampliamente en baterías de litio. catálisis, y en otros campos. Sin embargo, aún no se ha informado del diseño de MOFs @ HMCS, material híbrido estructurado con estructura de yema y cáscara. Por lo tanto, se cree que la combinación elaborada de MOF con HMCS para construir un material híbrido estructurado con yema y cáscara superará eficazmente la deficiencia antes mencionada de los materiales MOF en el campo de la electrocatálisis.

En respuesta a este desafío, recientemente, El equipo de investigación dirigido por el Prof.Cao Rong del Instituto de Investigación de Fujian sobre la Estructura de la Materia de la Academia de Ciencias de China diseñó un material híbrido ZIF-67 @ HMCS con estructura de yema de huevo utilizando ZIF-67 como núcleo y esferas de carbono mesoporosas huecas. (HMCS) como conchas. El tamaño de partícula de ZIF-67 está bien controlado utilizando el efecto de confinamiento espacial de HMCS, que acorta las rutas de difusión y mejora el transporte de iones. La encapsulación de ZIF-67 en HMCS también aumenta su conductividad de manera prominente. Es más, las estructuras de poros jerárquicas típicas de HMCS garantizan la difusión de especies reactivas a los sitios activos expuestos de ZIF-67 de forma rápida y eficiente, y así mejorar la actividad electroquímica. El material híbrido ZIF-67 @ HMCS exhibe una actividad electrocatalítica bifuncional superior hacia ORR y OER. Y lo que es más, la batería de Zn-aire ensamblada por ZIF-67 @ HMCS como cátodo de aire también presenta un rendimiento impresionante y una estabilidad a largo plazo.

Este material híbrido bifuncional con estructura de yema y cáscara podría ser un candidato prometedor como electrocatalizador en pilas de combustible y electrolizadores para aplicaciones de energía renovable. Este trabajo también allana un nuevo camino hacia el diseño de MOF estables utilizados directamente como catalizadores electroquímicos de alta eficiencia en dispositivos prometedores de almacenamiento de energía para satisfacer la creciente demanda de suministro de energía estable.