Nanocristalli di metalli nobili funzionalizzati chimicamente per elettrocatalisi

16 febbraio 2023

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dall'Accademia Cinese delle Scienze

L'elettrocatalisi è un processo dominato dall'interfaccia, in cui l'attività del catalizzatore è fortemente correlata ai comportamenti di adsorbimento/desorbimento dei reagenti/intermedi/prodotti sui siti attivi. Dal punto di vista della progettazione del catalizzatore, la funzionalizzazione chimica sulle superfici dei metalli nobili influenzerà inevitabilmente il processo di reazione, che è considerato una delle strategie efficaci per ottimizzare le prestazioni elettrocatalitiche dei nanocristalli di metalli nobili.

Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Yu Chen della Shaanxi Normal University, in Cina, ha pubblicato un articolo sul campo dell’elettrocatalisi dei metalli nobili. Il loro articolo riassume i metodi di sintesi dei nano-elettrocatalizzatori di metalli nobili funzionalizzati con poliammina (PAM) e le loro applicazioni nelle reazioni elettrocatalitiche e presenta i progressi della ricerca, le carenze attuali, le sfide e le prospettive future degli elettrocatalizzatori di metalli nobili funzionalizzati chimicamente, che sono stati pubblicati sul Chinese Journal. di Catalisi.

Viene discusso innanzitutto il meccanismo di formazione dei nanocristalli di metalli nobili funzionalizzati con molecole PAM. Gli autori spiegano che PAM ha un gran numero di gruppi amminici (−NH2) e/o gruppi imminici (−NH−), in cui la coppia solitaria di elettroni sull'atomo di azoto ha una forte capacità di coordinazione. Nella reazione idrotermale, il PAM può interagire bene con PtII, RhIII, PdII e AgI per formare complessi, che trasformano il processo di crescita dei nanocristalli di metalli nobili dal controllo termodinamico al controllo cinetico.

Sotto controllo cinetico, la forma finale dei nanocristalli di metalli nobili non tende più a formare nanosfere con energia libera superficiale minima e si otterranno varie nanostrutture anisotrope in base alle condizioni di reazione, come nanocubi, nanofili, nanofogli e nanoreti.

Gli elettrocatalizzatori funzionalizzati PAM vengono applicati in alcune importanti reazioni elettrochimiche come la reazione di precipitazione dell'idrogeno (HER) e la reazione di riduzione dell'ossigeno (ORR), che generalmente rivelano una maggiore elettroattività. Tipicamente, una grande quantità di −NH2 e −NH− nel PAM sarà protonata per formare −NH3+ e −NH2+ in mezzi acidi o neutri, il che porterà direttamente all'aumento della concentrazione di protoni superficiali dei nanocristalli di metalli nobili funzionalizzati con PAM.

Per le reazioni elettrocatalitiche accoppiate a protoni, come HER e ORR, i nanocristalli di metalli nobili funzionalizzati con PAM mostrano sovrapotenziali di reazione inferiori e maggiore efficienza catalitica a causa dell'arricchimento protonico interfacciale. Inoltre, vengono evidenziati gli effetti della funzionalizzazione PAM (come effetto elettronico, effetto di ostacolo sterico, effetto di gruppo) sull'attività e sulla selettività del catalizzatore.

Infine, vengono brevemente riassunte le carenze, le sfide e le prospettive di questo promettente campo di ricerca emergente. Questo lavoro mira a stimolare un'attenzione più profonda alla funzionalizzazione e alla catalisi di superfici/interfacce, aumentare gli investimenti nella ricerca sulla funzionalizzazione di superfici/interfacce e cambiare la nostra futura produzione di energia rinnovabile e le tecnologie ambientali legate all'elettrocatalisi.

Maggiori informazioni: Qi Xue et al, Nanocristalli di metalli nobili funzionalizzati chimicamente per elettrocatalisi, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI: 10.1016/S1872-2067(22)64186-X

Fornito dall'Accademia Cinese delle Scienze