La regulación precisa de las estructuras electrónicas de las especies metálicas activas es muy deseable para la electrocatálisis. Los sustratos a base de carbono con superficie inerte proporcionan una interacción metal-soporte débil y, por lo tanto, no pueden modular sus estructuras electrónicas de manera efectiva.

Recientemente, un grupo dirigido por el profesor Liu Jian del Instituto de Física Química de Dalian (DICP) de la Academia de Ciencias de China, en colaboración con el profesor Zhou Si de la Universidad Tecnológica de Dalian y el profesor Liang Ji de la Universidad de Tianjin, utilizó átomos individuales para modificar el sustrato de carbono para mejorar la interacción entre el sustrato y las nanopartículas metálicas soportadas. El método podría adaptar con precisión las estructuras electrónicas de las nanopartículas metálicas.

Este estudio fue publicado en Edición internacional Angewandte Chemie el 8 de mayo.

Los investigadores dispersaron átomos de Co individuales en un sustrato de carbono para mejorar la interacción entre el sustrato y el nanoreactor de rutenio (Ru), que permitió la regulación remota de los estados electrónicos de las nanopartículas de Ru, y de ese modo sintonizar su actividad electrocatalítica.

Tomaron la reacción de evolución de hidrógeno (HER) como una reacción modelo, el nanoreactor de Ru soportado con carbono y dopado de un solo átomo de cobalto mostró una actividad catalítica y una estabilidad ultraaltas.

Los cálculos teóricos mostraron que la decoración del grafeno que contiene oxígeno por átomos de un solo metal induce la redistribución de electrones en la superficie del carbono. Los átomos de carbono que rodean a los átomos individuales eran deficientes en electrones, que mejoró la transferencia de electrones de las nanopartículas de Ru al sustrato de carbono, y de ese modo optimizó la capacidad de unión del nanoreactor Ru y su rendimiento HER.

"Este trabajo da cuenta de la producción eficiente de hidrógeno verde utilizando electrocatalizadores que no son de Pt y proporciona una nueva estrategia para dirigir el comportamiento catalítico de los nanocatalizadores metálicos con soporte de carbono de una manera más flexible y no destructiva". ", dijo el Prof. Liu.