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Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia de Ciencias de China (CAS) han informado de una estrategia para fabricar catalizadores de un solo átomo (SAC). Sintetizaron más de treinta SAC diferentes con centros metálicos de 3-D a 5-D en varios sustratos mediante deposición electroquímica. La investigación detallada fue publicada en Comunicaciones de la naturaleza .
Durante la ultima decada, Los SAC han recibido una amplia atención en catalizar la división del agua, reducción de oxígeno, CO 2 hidrogenación conversión de metano y así sucesivamente debido a su utilización maximizada de átomos y estructuras electrónicas únicas. Sin embargo, estas estrategias generalmente tienen requisitos especiales sobre el metal anclado o los soportes. Sigue siendo un desafío desarrollar un enfoque que sea aplicable a una amplia gama de metales y soportes para la fabricación de SAC.
En este estudio, los investigadores llevaron a cabo la deposición electroquímica de SAC en un sistema estándar de tres electrodos. Al ajustar el rango de potencial en el electrodo de trabajo, dos átomos individuales de Ir diferentes anclados en Co (OH) 2 nanohojas (Ir 1 / Co (OH) 2 ) se obtuvieron a partir de electrodeposición tanto catódica como anódica. Los resultados de la medición de la estructura fina de absorción de rayos X (XAFS) revelaron que estos dos Ir 1 / Co (OH) 2 mostró diferentes estados de valencia y entornos de coordinación, que debe atribuirse a diferentes especies de depósito y al proceso redox en el electrodo.
Luego investigaron los efectos de la concentración de precursores metálicos, el número de ciclos de escaneo, y la velocidad de exploración en la formación de SAC durante la electrodeposición tanto catódica como anódica. Los resultados indicaron que controlar la carga masiva de especies de metales por debajo de un cierto nivel es crucial para sintetizar los SAC. El límite superior de carga de masa para SACs corresponde al nivel de sobresaturación mínima en el soporte, que es similar al mecanismo molecular de nucleación en la síntesis en fase de solución.
En el siguiente, los investigadores depositaron con éxito metales 4-D y 5-D en Co (OH) 2 nanohojas, Metales tridimensionales sobre carbono dopado con nitrógeno, e Ir átomos individuales en diferentes sustratos para probar la generalidad de este método. La dispersión única de especies metálicas fue validada mediante caracterizaciones estructurales. Mientras tanto, el mismo tipo de SAC de electrodeposición catódica y anódica también mostró diferentes estructuras electrónicas, manteniendo potenciales en aplicación para diferentes reacciones catalíticas. Los SAC obtenidos se aplicaron para catalizar la división del agua. Átomos individuales de Ir depositados catódicamente en Co 0,8 Fe 0,2 Se 2 nanohojas exhibieron una densidad de corriente de 10 mA cm -2 con solo un sobrepotencial de 8 mV para la reacción de desprendimiento de hidrógeno, mientras que los átomos de Ir depositados anódicamente también mostraron un rendimiento excelente para la reacción de desprendimiento de oxígeno.
Es más, Los investigadores reunieron un solo átomo de Ir depositado catódicamente y anódicamente en una celda de dos electrodos para la división general del agua. Para aumentar la carga de catalizadores para un mejor rendimiento, los átomos individuales se hicieron crecer en espuma de Ni. Las mediciones electroquímicas sugirieron que solo se necesitaba un potencial récord bajo de 1,39 V para una densidad de corriente de 10 mA cm -2 .
La generalidad de este método proporciona no solo un fácil acceso a una amplia gama de SAC, pero también nuevos caminos hacia una comprensión profunda de los mecanismos catalíticos.
