Imagen TEM de un centro activo de triple átomo y la ilustración esquemática de un reactor subnanométrico que lo aloja para catalizar NRR. Crédito:LIANG Ji
Los catalizadores de un solo átomo (SAC) son prometedores en los procesos de electrocatálisis debido a su máxima utilización de especies activas.
Sin embargo, La manipulación de estos sitios activos a escala atómica para satisfacer reacciones específicas sigue siendo un cuello de botella esencial debido a sus características de aislamiento.
El profesor Liu Jian del Instituto de Física Química de Dalian (DICP) de la Academia de Ciencias de China y sus colaboradores propusieron una estrategia de nano-confinamiento para albergar múltiples átomos individuales de Fe y Cu dentro de las cavidades superficiales extremadamente estrechas pero regulares del nitruro de carbono grafítico para forman "reactores subnanométricos".
El estudio fue publicado en Materiales avanzados el 2 de septiembre.
"Estos átomos de Fe y Cu, altamente confinado en los reactores subnanométricos, no solo proporcionan una interacción más fuerte con los reactivos, sino que también, más importante, conducen a un efecto sinérgico significativo debido a sus microambientes únicos en este espacio extremadamente estrecho, que es muy favorable para la catálisis, especialmente los procesos en tándem como la reacción de reducción de nitrógeno, "dijo el profesor Liang Ji de la Universidad de Tianjin, coautor del estudio.
"Esta es la primera vez que empujamos con éxito y conceptualmente los nano-reactores hacia una dimensión mucho más pequeña para formar reactores sub-nanométricos, que aporta propiedades distintivamente diferentes de los nanoreactores convencionales, "añadido por el Prof. Liu.
"La simulación del primer principio revela que este efecto sinérgico se origina en la coordinación única de Fe-Cu, que modifica efectivamente N 2 absorción, mejora la transferencia de electrones, y ofrece pares redox adicionales para la reacción de reducción de nitrógeno, ", dijo el profesor Sun Chenghua de la Universidad Tecnológica de Swinburne, otro coautor del estudio.
Los investigadores encontraron que esta sinergia significativa causada por los múltiples átomos confinados condujo a una mejora significativa del rendimiento del proceso electrocatalítico del modelo. la reacción de reducción de nitrógeno (NRR).
Se han logrado mejoras en términos de alto rendimiento de amoníaco y eficiencia que son mucho más altas en comparación con las contrapartes mono-metálicas.
Este concepto de construcción de reactores subnanométricos no solo proporciona una nueva estrategia de manipulación de los centros activos de los catalizadores a escala subnanométrica, pero también arroja luz sobre el diseño de nuevos catalizadores con una ubicación espacial de precisión en la escala subnanométrica para un amplio espectro de reacciones catalíticas.
