High-throughput Computing en in situ Tech Advance Atomic Catalyst Design

Een onderzoek heeft een methode ontwikkeld om schadelijke zware metalen te detecteren via een selectief katalytisch dubbele metalen single -atoom in redoxreacties.

Hun onderzoek, dat berekening met hoge doorvoer combineert en in situ karakteriseringstechnologie, is gepubliceerd in Nano letters. Het team werd geleid door Prof. Huang Xingjiu van de Hefei Institutes of Physical Science of the Chinese Academy of Sciences (CAS) en Prof. Li Lina van het Shanghai Institute of Applied Physics of CAS.

“Deze nieuwe methode stelt ons in staat om te observeren en te begrijpen hoe de bimetallische katalysator met één atoom verandert terwijl deze werkt”, zei Dr. Song Zongyin, een lid van het team. “De katalysator kan worden gebruikt om schadelijke zware metalen in de omgeving te detecteren, zoals koper en arseen.”

De huidige beperkingen in ruimtelijke en tijdelijke resolutie beperken ons begrip van microscopische dynamiek op atoomniveau, die de ontwikkeling van katalysatorregulatietechnologie en de bredere toepassing ervan belemmert. Om dit aan te pakken, concentreerden de onderzoekers zich op het ontwerpen van krachtige, gevoelige materialen voor de precieze detectie van milieuverontreinigende stoffen en lichaamsvloeistofelektrolytionen.

In hun onderzoek integreerden de onderzoekers geavanceerde in situ synchrotron stralingspectroscopie met zeer nauwkeurige theoretische berekeningen, waardoor realtime opname en analyse van de voorbijgaande structuur van bimetallische katalysatoren met één atoom tijdens katalytische reacties mogelijk zijn.

Door middel van screening met hoge doorvoer identificeerden ze een efficiënte duplex-metaalatoomelektrode-interface, waardoor de parallelle elektrochemische reductie van Cu (II) en AS (III) mogelijk is.

Verdere experimenten met behulp van in situ röntgenabsorptie Fine Structure (XAFS) spectroscopie, samen met coördinatieveldtheorie, gevalideerden de specifieke NICU-niveau-matching gefaciliteerd door de permissieve DD-overgang in bimetallische single-atom-systemen. Dit maakte de reconstructie van het elektrochemische reductieproces op atomair niveau mogelijk.

Bovendien onthulden de DENSITY FUNCTIONELE THEORIE (DFT) berekeningen dat de Fe-AS-specifieke binding en minimale potentiële energiebepalingsstap overeenkomt met de lineaire verschuiving van belangrijke tussenliggende S- en P-pieken naar hoge-energie-orbitalen.

Dynamische evolutie van adaptieve matching werd gereproduceerd vanuit het perspectief van de dynamiek, de convergentietrend van het thermodynamische model en de gloeien simulaties, respectievelijk.

Dit onderzoek hielp niet alleen bij het optimaliseren van de katalysatorprestaties, maar bevestigde ook de structuur-prestatierelatie van de katalysator door experimentele verificatie.

De gecombineerde benadering van in situ karakterisering en theoretische simulatie biedt unieke inzichten voor het onderzoek van tijdelijke reactiedynamische mechanismen en toekomstige selectieve ontwerp/screening van de volgende generatie katalysatoren, volgens het team.