Los pequeños espacios en los nano-reactores pueden tener grandes implicaciones para la química. La naturaleza química de las moléculas y las reacciones dentro de los nanoespacios puede cambiar significativamente debido al efecto de nanoconfinamiento. Comprender los fundamentos de la catálisis confinada se ha convertido en un tema importante en la catálisis heterogénea. Los nanoreactores 2-D formados con materiales 2-D pueden proporcionar un modelo bien definido para explorar la catálisis confinada.

Un grupo de investigación dirigido por los Profs. FU Qiang y BAO Xinhe de la Academia de Ciencias de China han publicado un estudio en PNAS revelando la restricción geométrica y el campo de confinamiento en el espacio bidimensional (2-D) entre una superposición de grafeno y Pt (111). El estudio demuestra un nuevo concepto de catálisis confinada bajo materiales 2-D, que han denominado "catálisis encubierta".

Los científicos eligieron una superficie de grafeno / Pt (111) como modelo para estudiar la catálisis confinada utilizando cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT). Demostraron que la adsorción de átomos y moléculas en la superficie de Pt (111) se debilita bajo el grafeno. Se ha encontrado un resultado similar en superficies de Pt (110) y Pt (100) cubiertas con grafeno. Tanto la restricción geométrica como el campo de confinamiento impuesto por la cubierta 2-D se atribuyen a los fenómenos de confinamiento observados.

La tendencia general a la adsorción superficial debilitada bajo el confinamiento de una capa de grafeno permite una modulación factible de las reacciones superficiales mediante la colocación de una cubierta 2-D. El concepto de "catálisis encubierta" se puede aplicar a las reacciones entre dos paredes bidimensionales opuestas que interactúan entre sí a través de las fuerzas de van der Waals. El concepto ayuda en el diseño de nanocatalizadores de alto rendimiento que interactúan con superposiciones de material 2-D.

El grupo de investigación demostró la modulación de la reactividad superficial inducida por confinamiento en una reacción de reducción de oxígeno (ORR) catalizada por Pt bajo cubiertas 2-D. Se sabe que la unión de oxígeno a Pt es relativamente fuerte, y todos los medios para debilitar esta unión pueden usarse para promover la reacción. Al colocar diferentes materiales 2-D como grafeno y h-BN en la superficie, la unión de oxígeno con Pt se debilita, mejorando así eficazmente la actividad de la ORR.

La catálisis confinada en materiales 2-D se puede aplicar a nanocatalizadores soportados. Las nanopartículas metálicas pueden encapsularse con materiales 2-D, formando así nanoestructuras núcleo-caparazón. Las estructuras del núcleo activo están bien protegidas por las capas externas y se mejora la estabilidad del catalizador. Es más, La actividad del catalizador puede mejorarse mediante el confinamiento de las capas externas.