(a) Imagen SEM de nanoflakes de MoTe2. (b) (Panel inferior) Curvas de polarización de nanoflakes de MoTe2, polvos de MoTe2 a granel y nanohojas de grafeno solos y (panel superior) las corrientes de anillo correspondientes (línea discontinua) y el porcentaje de H2O2 (línea continua). (c) Actividad de masa derivada de las nanoflakes de MoTe2 en comparación con las de las aleaciones de Pt / Pd-Hg y los catalizadores basados en Au estimada a partir de la literatura. (d) Curvas de polarización, corrientes de anillo y porcentaje de H2O2 de nanoflakes de MoTe2 en el estado inicial y después de cierto número de ciclos durante la prueba de durabilidad acelerada. Crédito:Science China Press
H 2 O 2 es un importante producto químico básico y un potencial portador de energía, y es ampliamente utilizado para diversos entornos, aplicaciones médicas y domésticas. En el presente, alrededor del 99% de H 2 O 2 se produce a partir de un proceso de oxidación de antraquinonas que consume mucha energía. Su producción centralizada de esta manera produce H altamente concentrado 2 O 2 que a menudo tiene que distribuirse y diluirse en el lugar de uso, aportando complejidad y desafíos adicionales. Además, H 2 O 2 también se puede producir a partir de la reacción directa entre H 2 y O 2 en presencia de catalizadores basados en Pd. El riesgo potencial de explosión de este enfoque, sin embargo, dificulta su aplicación práctica.
La reacción electroquímica de reducción de oxígeno a través de una vía de dos electrones representa una estrategia novedosa y descentralizada para producir H 2 O 2 . Se basa en el desarrollo de electrocatalizadores activos y selectivos. Los candidatos más avanzados son las aleaciones Pt-Hg y Pd-Hg. A pesar de su actividad de masa relativamente alta y selectividad en ácidos, Es poco probable que estas aleaciones de metales preciosos se utilicen a gran escala debido a sus costos prohibitivos y su toxicidad (debido a la inclusión de Hg).
Más recientemente, Han surgido materiales a base de carbono y demuestran una actividad y selectividad apreciables para H 2 O 2 producción en solución alcalina. Desafortunadamente, sus potenciales también son limitados ya que H 2 O 2 se somete a una rápida descomposición en un medio alcalino. Para aplicaciones prácticas, H 2 O 2 se usa más ampliamente en medios ácidos con mayor capacidad de oxidación. Como resultado, es muy deseable buscar electrocatalizadores de alto rendimiento para H selectivo 2 O 2 producción en ácidos.
En una nueva investigación publicada en Beijing, Revista Nacional de Ciencias , científicos de la Universidad de Soochow (Suzhou, Porcelana), la Academia de Ciencias de la Universidad de China (Beijing, Porcelana), Universidad Normal de Nanjing (Nanjing, China) y Trinity College Dublin (Dublín, Irlanda) trabajaron juntos, e informó por primera vez que el telururo de molibdeno (MoTe 2 ) nanoflakes tuvo un rendimiento notable para H 2 O 2 producción en ácidos.
Mota 2 nanoflakes se prepararon mediante el método de exfoliación en fase líquida bien establecido de MoTe a granel 2 . Los análisis de difracción de rayos X y Raman evidenciaron que el producto tenía una fase 2H hexagonal. Imágenes de microscopía electrónica de barrido y microscopía electrónica de transmisión revelaron que MoTe exfoliado 2 nanoflakes tenían una distribución de tamaño lateral de 50 a 350 nm. Es más, Los autores utilizaron microscopía electrónica de transmisión de barrido con corrección de aberraciones para dilucidar la estructura atómica de MoTe. 2 nanoflakes, y observó que sus bordes expuestos, aunque no atómicamente afilado, se encontraban principalmente a lo largo de las direcciones en zigzag con abundantes sitios de enlace Mo y Te insaturados.
Cuando se investigan como materiales electrocatalizadores en O 2 -saturada 0,5 M H 2 ASI QUE 4 solución, Mota 2 Los nanoflakes mezclados con nanohojas de grafeno exhibieron un potencial de inicio positivo de 0.56 V frente al electrodo de hidrógeno reversible y un H sobresaliente. 2 O 2 selectividad hasta 93%. La actividad de la masa también se calculó normalizando la corriente catalítica con respecto a la masa del catalizador. Los autores encontraron que el valor estaba en el rango de ~ 10-102 A g -1 entre 0,3-0,45 V para MoTe 2 , cuales, aunque no tan bueno como las aleaciones de Pt-Hg y Pd-Hg de última generación, era superior a las aleaciones de Au y los materiales a base de carbono.
El profesor Yanguang Li, que dirigió los experimentos electroquímicos, señaló que "la actividad masiva del MoTe exfoliado 2 nanohojas a 0,4 V era 27 A g -1 —Aproximadamente 7-10 veces mayor que los de las aleaciones de Au-Pd y el carbono dopado con N. "Además de su impresionante actividad y selectividad, Mota 2 Los nanoflakes también mostraron una estabilidad decente con una pérdida de rendimiento insignificante incluso después de la prueba de durabilidad acelerada y el experimento de envejecimiento durante la noche.
Para comprender el resultado experimental, los autores realizaron cálculos de la teoría funcional de la densidad para simular las energías de absorción de los intermedios de reacción clave en la superficie del catalizador. Descubrieron que el borde en zigzag de 2H MoTe 2 tenía una unión adecuada para HOO * y una unión débil para O *, y por lo tanto promovería la reducción de O 2 a H 2 O 2 pero retrasar su reducción adicional a H 2 O. Prof. Yafei Li, quien dirigió el trabajo teórico, dijo "MoTe 2 fue realmente único por su capacidad para la reducción de oxígeno de dos electrones, que no se encontró en otros dicalcogenuros de metales de transición, incluido MoS 2 y MoSe 2 "
"Nuestro estudio aquí reveló el potencial inesperado de MoTe 2 nanoflakes como electrocatalizador a base de metales no preciosos para H 2 O 2 producción en ácidos, y podría abrir un nuevo camino hacia el diseño del catalizador para esta desafiante reacción electroquímica, "El profesor Yanguang Li comentó sobre su interesante descubrimiento.
