Nieuwe nanoreactor verbetert de prestaties van de elektrochemische waterstofevolutiereactie

Het nauwkeurig reguleren van de elektronische structuren van metaalactieve soorten is zeer wenselijk voor elektrokatalyse. Op koolstof gebaseerde substraten met een inert oppervlak zorgen voor een zwakke interactie tussen metaal en drager en zijn daarom niet in staat hun elektronische structuren effectief te moduleren.

Onlangs gebruikte een groep onder leiding van prof.Liu Jian van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academy of Sciences, in samenwerking met prof.Zhou Si van de Dalian University of Technology en prof.Liang Ji van de Tianjin University, single atomen om het koolstofsubstraat te wijzigen om de interactie tussen substraat en ondersteunde metalen nanodeeltjes te verbeteren. De methode kan de elektronische structuren van metalen nanodeeltjes precies op maat maken.

Deze studie is gepubliceerd in Angewandte Chemie International Edition op 8 mei.

De onderzoekers verspreidden enkele Co-atomen op koolstofsubstraat om de interactie tussen substraat en de ruthenium (Ru) -nanoreactor te versterken, waardoor de elektronische toestanden van Ru-nanodeeltjes op afstand konden worden gereguleerd en daardoor hun elektrokatalytische activiteit kon worden afgesteld.

Ze namen waterstofevolutiereactie (HER) als een modelreactie, de met kobalt gedoteerde met koolstof ondersteunde Ru-nanoreactor vertoonde een ultrahoge katalytische activiteit en stabiliteit.

Theoretische berekeningen toonden aan dat decoratie van zuurstofhoudend grafeen door enkele metaalatomen elektronenherverdeling op het koolstofoppervlak induceerde. De koolstofatomen rond de enkele atomen waren elektron-deficiënt, wat de elektronenoverdracht van Ru-nanodeeltjes naar het koolstofsubstraat verbeterde, en daardoor het bindende vermogen van Ru-nanoreactor en zijn HER-prestatie optimaliseerde.

“Dit werk realiseert de efficiënte productie van groene waterstof met behulp van niet-Pt-elektrokatalysatoren en biedt een nieuwe strategie om het katalytische gedrag van door koolstof ondersteunde metalen nanokatalysatoren op een meer flexibele en niet-destructieve manier te sturen”, aldus prof. Liu.