El reordenamiento atómico cambia las propiedades físicas y químicas de un material, lo que puede conducir a aplicaciones potenciales en todas las disciplinas, incluida la energía sostenible. Con dos décadas de atención enfocada en cómo la regulación de tales reordenamientos, un proceso llamado ingeniería de fase, puede permitir procesos de conversión de energía sostenible, los investigadores en China han resumido el trabajo hasta el momento, incluido cómo podría progresar el campo.

Publicaron su reseña el 11 de julio en Nano Research , con un enfoque específico en electrocatalizadores. Estos materiales desencadenan, mejoran o resuelven las reacciones químicas y eléctricas involucradas en la conversión de energía en formatos utilizables o almacenables. A menudo sirven como electrodo o como componente de electrodo.

"La ingeniería de fase es una estrategia importante para diseñar electrocatalizadores eficientes hacia estas conversiones de energía, porque permite que todos los átomos catalíticamente activos se reorganicen y formen nuevas redes", dijo el coautor correspondiente Xiaoxin Zou, profesor del Laboratorio Estatal Clave de Síntesis Inorgánica y Química Preparativa. , Facultad de Química, Universidad de Jilin. "Esto brinda una gran oportunidad para manipular racionalmente los átomos para descubrir marcos estructurales atractivos y lograr una mejor electrocatálisis. Y aunque, en los últimos años, varios investigadores han resumido la preparación de nanomateriales con arreglos novedosos, esta es la primera revisión sistemática para racionalizar cómo estas fases influir en la actividad electrocatalítica".

Estos diversos arreglos atómicos se conocen como fases cristalinas. Al cambiar la disposición de los átomos en la superficie de un material sólido, o en su volumen, puede cambiar drásticamente lo que el material puede hacer. Sin embargo, Zou señaló que la superficie es esencialmente una extensión del volumen y no puede existir de forma independiente, por lo que su conexión es clave para desarrollar electrocatalizadores deseables y estables.

"La lógica subyacente de la ingeniería de fases se encuentra en una íntima relación entre las propiedades de la superficie y la mayor parte de un catalizador", dijo Zou. "La ingeniería de la fase masiva de un catalizador, que influye directamente en la superficie, es una estrategia poderosa para diseñar catalizadores inteligentes tanto interna como externamente".

La estructura cristalina del bulto determina la estructura electrónica del material, su conductividad y, en gran medida, la composición de la capa superficial. Las diferentes estructuras cristalinas a granel poseen diferentes características y energías superficiales, lo que da lugar a diversas morfologías y sitios catalíticamente activos. Incluso para los catalizadores que experimentan un daño significativo en la superficie o la reconstrucción durante el proceso de catálisis, dijo Zou, la estructura cristalina inicial del volumen influye fuertemente en la reconstitución y la estructura final de la superficie.

Durante los últimos 20 años, varios investigadores han investigado esta relación, explorando fases electrocatalíticas no convencionales y cómo inducir tales transformaciones. Impulsados ​​por la demanda de procesos de conversión de energía sostenible, como la fijación de nitrógeno y la reducción de dióxido de carbono, los investigadores avanzaron en las técnicas de caracterización, así como en la teoría que subyace al trabajo experimental.

"Estas cosas hicieron posible comprender con precisión y precisión los efectos de las fases cristalinas en el rendimiento electrocatalítico", dijo Zou. "Entonces, es hora de resumir la investigación relacionada con la ingeniería de fase que ayuda a desentrañar las relaciones de rendimiento de fase y refina la predicción en los estudios de electrocatálisis".

A continuación, Zou y su equipo recomiendan que los investigadores busquen cuatro áreas principales para seguir avanzando en la ingeniería de fase cristalina para la investigación de catálisis.

"Para desarrollar catalizadores competentes para diferentes procesos de conversión de energía desde un enfoque de fase, proponemos explorar la relación entre la fase cristalina y los niveles de actividad catalítica, combinar la ingeniería de fase con otras estrategias de diseño, desentrañar los mecanismos de formación y evolución de las fases no convencionales y enriquecer investigación de fases más fluidas", dijo Zou. + Explora más

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