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Mechanochemical synthesis of fluorine-containing Co-doped zeolitic imidazolate frameworks for producing electrocatalysts

  • Catalysts derived from pyrolysis of metal organic frameworks (MOFs) are promising candidates to replace expensive and scarce platinum-based electrocatalysts commonly used in polymer electrolyte membrane fuel cells. MOFs contain ordered connections between metal centers and organic ligands. They can be pyrolyzed into metal- and nitrogen-doped carbons, which show electrocatalytic activity toward the oxygen reduction reaction (ORR). Furthermore, metal-free heteroatom-doped carbons, such as N-F-Cs, are known for being active as well. Thus, a carbon material with Co-N-F doping could possibly be even more promising as ORR electrocatalyst. Herein, we report the mechanochemical synthesis of two polymorphs of a zeolitic imidazole framework, Co-doped zinc 2-trifluoromethyl-1H-imidazolate (Zn0.9Co0.1(CF3-Im)2). Time-resolved in situ X-ray diffraction studies of the mechanochemical formation revealed a direct conversion of starting materials to the products. Both polymorphs of Zn0.9Co0.1(CF3-Im)2Catalysts derived from pyrolysis of metal organic frameworks (MOFs) are promising candidates to replace expensive and scarce platinum-based electrocatalysts commonly used in polymer electrolyte membrane fuel cells. MOFs contain ordered connections between metal centers and organic ligands. They can be pyrolyzed into metal- and nitrogen-doped carbons, which show electrocatalytic activity toward the oxygen reduction reaction (ORR). Furthermore, metal-free heteroatom-doped carbons, such as N-F-Cs, are known for being active as well. Thus, a carbon material with Co-N-F doping could possibly be even more promising as ORR electrocatalyst. Herein, we report the mechanochemical synthesis of two polymorphs of a zeolitic imidazole framework, Co-doped zinc 2-trifluoromethyl-1H-imidazolate (Zn0.9Co0.1(CF3-Im)2). Time-resolved in situ X-ray diffraction studies of the mechanochemical formation revealed a direct conversion of starting materials to the products. Both polymorphs of Zn0.9Co0.1(CF3-Im)2 were pyrolyzed, yielding Co-N-F containing carbons, which are active toward electrochemical ORR.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Max RautenbergORCiD, M. GernhardORCiD, Jörg RadnikORCiD, Julia WittORCiD, C. RothORCiD, Franziska EmmerlingORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Frontiers in chemistry
Jahr der Erstveröffentlichung:2022
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.0 Abteilungsleitung und andere
6 Materialchemie / 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse
6 Materialchemie / 6.2 Material- und Oberflächentechnologien
6 Materialchemie / 6.3 Strukturanalytik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Frontiers Media
Verlagsort:Lausanne
Jahrgang/Band:10
Ausgabe/Heft:840758
Erste Seite:1
Letzte Seite:13
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:Mechanochemistry; Metal-organic-frameworks; Nobel-metal free electrocatalysis
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Energie
Material
DOI:10.3389/fchem.2022.840758
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-546833
ISSN:2296-2646
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:25.04.2022
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:25.04.022
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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