Wetenschappers stellen een nano-opsluitingsstrategie voor om sub-nanometerreactoren te vormen

Single-atom-katalysatoren (SAC’s) zijn veelbelovend in elektrokatalyseprocessen vanwege hun maximale gebruik van actieve soorten.

Het manipuleren van deze actieve sites op atomaire schaal om aan specifieke reacties te voldoen, is echter nog steeds een essentieel knelpunt vanwege hun isolatiekenmerken.

Prof. Liu Jian van het Dalian Instituut voor Chemische Fysica (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen en zijn medewerkers stelden een nano-opsluitingsstrategie voor om meerdere Fe en Cu enkele atomen te huisvesten in de extreem smalle maar regelmatige oppervlakteholtes van grafietkoolstofnitride om vormen “sub-nanometer reactoren.”

De studie is gepubliceerd in Geavanceerde materialen op 2 september.

“Deze Fe- en Cu-atomen, zeer beperkt in de sub-nanometerreactoren, zorgen niet alleen voor een sterkere interactie met de reactanten, maar, wat nog belangrijker is, leiden tot een significant synergetisch effect vanwege hun unieke micro-omgevingen in deze extreem smalle ruimte, wat zeer gunstig is. voor katalyse, vooral de tandemprocessen zoals de stikstofreductiereactie, “zei prof. Liang Ji van de Tianjin University, een co-auteur van de studie.

“Dit is de eerste keer dat we de nanoreactoren met succes en conceptueel naar een veel kleinere dimensie duwen om sub-nanometerreactoren te vormen, die duidelijk andere eigenschappen hebben dan de conventionele nanoreactoren”, voegt Prof. Liu toe.

“Simulatie van het eerste principe laat zien dat dit synergetische effect voortkomt uit de unieke Fe-Cu-coördinatie, die effectief N₂ absorptie, verbetert de elektronenoverdracht en biedt extra redoxkoppels voor stikstofreductiereacties, “zei prof. Sun Chenghua van de Swinburne University of Technology, een andere co-auteur van de studie.

De onderzoekers ontdekten dat deze significante synergie, veroorzaakt door de meerdere opgesloten atomen, leidde tot een aanzienlijke prestatieverbetering voor het model elektrokatalytische proces, de stikstofreductiereactie (NRR).

Verbeteringen in termen van hoge ammoniakopbrengst en efficiëntie die veel hoger zijn in vergelijking met de mono-metalen tegenhangers zijn bereikt.

Dit concept van het construeren van subnanometerreactoren biedt niet alleen een nieuwe strategie voor het manipuleren van actieve centra van katalysatoren op subnanometerschaal, maar werpt ook licht op het ontwerp van nieuwe katalysatoren met een nauwkeurige ruimtelijke locatie op subnanometerschaal voor een breed spectrum van katalytische reacties.