Chemisch gefunctionaliseerde edelmetaal nanokristallen voor elektrokatalyse

Elektrokatalyse is een interface-gedomineerd proces, waarbij de activiteit van de katalysator sterk verband houdt met het adsorptie-/desorptiegedrag van de reactanten/tussenproducten/producten op de actieve sites. Vanuit het perspectief van katalysatorontwerp zal de chemische functionalisering op oppervlakken van edelmetalen onvermijdelijk het reactieproces beïnvloeden, dat wordt beschouwd als een van de effectieve strategieën om de elektrokatalytische prestaties van nanokristallen van edelmetaal af te stemmen.

Onlangs heeft een onderzoeksteam onder leiding van prof. Yu Chen van de Shaanxi Normal University, China, een paper gepubliceerd op het gebied van elektrokatalyse van edele metalen. Hun paper vat de synthesemethoden samen van polyamine (PAM) gefunctionaliseerde edelmetaal nano-elektrokatalysatoren en hun toepassingen in elektrokatalytische reacties, en presenteert de onderzoeksvoortgang, huidige tekortkomingen, uitdagingen en toekomstperspectieven van chemisch gefunctionaliseerde edelmetaal elektrokatalysatoren, die werden gepubliceerd in Chinees tijdschrift voor katalyse.

Het vormingsmechanisme van PAM-molecuul gefunctionaliseerde edelmetaal nanokristallen wordt eerst besproken. De auteurs leggen uit dat PAM een groot aantal aminogroepen heeft (-NH₂) en/of iminogroepen (−NH−), waarin het vrije elektronenpaar op het stikstofatoom een ​​sterk coördinatievermogen heeft. In de hydrothermale reactie kan PAM goed interageren met Pt^IIRh^IIIPd^II en Ag^I om complexen te vormen, die het groeiproces van nanokristallen van edelmetaal transformeren van thermodynamische controle naar kinetische controle.

Onder kinetische controle zal de uiteindelijke vorm van nanokristallen van edelmetaal niet langer de neiging hebben om nanobolletjes te vormen met minimale oppervlakte-vrije energie, en verschillende anisotrope nanostructuren zullen worden verkregen op basis van de reactieomstandigheden, zoals nanokubussen, nanodraden, nanosheets en nanonetwerken.

De PAM-gefunctionaliseerde elektrokatalysatoren worden toegepast in enkele belangrijke elektrochemische reacties zoals waterstofprecipitatiereactie (HER) en zuurstofreductiereactie (ORR), die over het algemeen verbeterde elektroactiviteit onthullen. Meestal is een grote hoeveelheid −NH₂ en −NH− in PAM zal worden geprotoneerd om −NH te vormen₃⁺ en −NH₂⁺ in zure of neutrale media, wat direct zal leiden tot de toename van de protonconcentratie aan het oppervlak van PAM-gefunctionaliseerde edelmetaal nanokristallen.

Voor de proton-gekoppelde elektrokatalytische reacties, zoals HER en ORR, vertonen PAM-gefunctionaliseerde edelmetaal nanokristallen lagere reactie-overpotentialen en hogere katalytische efficiëntie als gevolg van de interfaciale protonenverrijking. Bovendien worden de effecten van PAM-functionalisatie (zoals elektronisch effect, sterische hinderniseffect, groepseffect) op katalysatoractiviteit en selectiviteit benadrukt.

Ten slotte worden tekortkomingen, uitdagingen en perspectieven in dit veelbelovende opkomende onderzoeksgebied kort samengevat. Dit werk heeft tot doel een diepere aandacht voor functionalisering en katalyse van oppervlakken/interfaces te stimuleren, investeringen in onderzoek naar functionalisering van oppervlakken/interfaces te verhogen en onze toekomstige hernieuwbare energieproductie en milieutechnologieën met betrekking tot elektrokatalyse te veranderen.