Bajo las preocupaciones ambientales como la contaminación y el efecto invernadero, aplicaciones de almacenamiento de energía respetuosas con el medio ambiente, como pilas de combustible, Se propone la producción de amoníaco y baterías de litio-aire para reemplazar los recursos fósiles. Sin embargo, el alto sobrepotencial es uno de los problemas más urgentes para las aplicaciones prácticas, y los electrocatalizadores se aplican como solución. El diseño de catalizadores de alta actividad para conversiones electroquímicas es un desafío. Científicos de la Academia de Ciencias de China, Llevar a la fuerza, Porcelana, y la Universidad de Shanghai, Llevar a la fuerza, Porcelana, revisó algunos descriptores de actividad representativos para seleccionar catalizadores de alta actividad en futuros cálculos y experimentos de alto rendimiento. Este trabajo, titulado "Descriptores de actividad basados ​​en energía de adsorción para electrocatalizadores en aplicaciones de almacenamiento de energía, "fue publicado en Revista Nacional de Ciencias .

Los científicos describen una estrategia simple para mejorar la actividad catalítica para reducir las barreras de activación de las reacciones electroquímicas ajustando el acoplamiento electrónico interfacial entre el adsorbato y la superficie del catalizador.

"Los procesos electrocatalíticos suelen implicar la adsorción de reactivos en las superficies de los catalizadores, romper algunos enlaces de reactivos para formar nuevos enlaces químicos entre el catalizador y los reactivos, y dan como resultado intermedios activados. Debido a que la actividad catalítica se atribuye al acoplamiento electrónico interfacial, La energía de adsorción es un buen descriptor para identificar la actividad catalítica de las reacciones superficiales ".

Basado en el cambio de energía libre de la reacción electroquímica, los autores dividieron toda la reacción electroquímica en una parte de reacción intrínseca y una parte de efecto catalítico. "El efecto catalítico se refleja directamente en las diferencias de energía de adsorción de reactivos y productos, ", afirmaron. La energía de adsorción como descriptor catalítico en esas reacciones típicas se discute en reacciones de pares de electrones, reacciones de evolución y reacciones de reducción para presentar el efecto del acoplamiento electrónico entre catalizadores y especies cargadas sobre la actividad catalítica.

"La relación entre la energía de adsorción y la actividad catalítica es útil para la selección inicial de catalizadores y la clave para mapear la relación es establecer la relación cuantitativa entre las propiedades electrónicas intrínsecas de los materiales y los descriptores catalíticos, "escriben. Descriptores estructurales y elementales como centro de banda d, el factor de tolerancia y, por ejemplo, el número de electrones se explican en el marco de la banda d en relación con la energía de adsorción. "Es más, porque los descriptores estructurales y elementales se cuantifican experimentalmente en comparación con la energía de adsorción, Los descriptores estructurales y elementales son útiles para descubrir nuevos materiales catalizadores y garantizar un salto adelante en el rendimiento electroquímico ".

"La transferencia de carga también es una parte importante en las reacciones electroquímicas y mejora la actividad catalítica. El principio de la transferencia de carga es eliminar la carga de los enlaces estables en los reactivos y reducir la barrera de activación del paso de limitación de velocidad, ", agregaron.

"La comprensión fundamental de las relaciones estructura-actividad entre la actividad catalítica y las propiedades físicas de los materiales catalíticos es útil para elegir descriptores eficaces y desarrollar modelos computacionales multiescala eficientes para una descripción precisa de los materiales catalíticos. Se pueden emplear cálculos y experimentos de alto rendimiento para acelerar el cribado de materiales catalizadores y acortar el ciclo de desarrollo en los estudios futuros, "escriben los científicos". Sin embargo, incluso resolviendo el problema intrínseco de la actividad, Los catalizadores aún enfrentan los requisitos vitales de estabilidad y seguridad antes que las aplicaciones prácticas ... Esas cuestiones de estabilidad y seguridad también deben considerarse antes de un catalizador, que se criba para realizar una alta actividad catalítica, se pone en aplicación ".