Sotto le preoccupazioni ambientali come l'inquinamento e l'effetto serra, applicazioni di accumulo di energia rispettose dell'ambiente come celle a combustibile, la produzione di ammoniaca e le batterie litio-aria sono proposte per sostituire le risorse fossili. Però, l'alto potenziale è uno dei problemi più urgenti per le applicazioni pratiche, e gli elettrocatalizzatori vengono applicati come soluzione. La progettazione di catalizzatori ad alta attività per le conversioni elettrochimiche è impegnativa. Scienziati dell'Accademia cinese delle scienze, Shanghai, Cina, e l'Università di Shanghai, Shanghai, Cina, ha riesaminato alcuni descrittori di attività rappresentativi per esaminare i catalizzatori ad alta attività in futuri calcoli ed esperimenti ad alto rendimento. Questo lavoro, intitolato "Descrittori di attività basati sull'energia di adsorbimento per gli elettrocatalizzatori nelle applicazioni di accumulo di energia, " è stato pubblicato in Rassegna scientifica nazionale .

Gli scienziati delineano una semplice strategia per migliorare l'attività catalitica e ridurre le barriere di attivazione delle reazioni elettrochimiche regolando l'accoppiamento elettronico dell'interfaccia tra l'adsorbato e la superficie del catalizzatore.

"I processi elettrocatalitici di solito comportano l'adsorbimento di reagenti sulle superfici dei catalizzatori, rompere alcuni legami reagenti per formare nuovi legami chimici tra il catalizzatore e i reagenti, e risultano in intermedi attivati. Poiché l'attività catalitica è attribuita all'accoppiamento elettronico interfacciale, l'energia di adsorbimento è un buon descrittore per identificare l'attività catalitica per le reazioni di superficie."

Sulla base della variazione di energia libera della reazione elettrochimica, gli autori hanno diviso l'intera reazione elettrochimica in una parte di reazione intrinseca e una parte ad effetto catalitico. "L'effetto catalitico si riflette direttamente nelle differenze di energia di adsorbimento di reagenti e prodotti, " hanno affermato. L'energia di adsorbimento come descrittore catalitico in quelle reazioni tipiche è discussa nelle reazioni su coppie di elettroni, reazioni di evoluzione e reazioni di riduzione per presentare l'effetto dell'accoppiamento elettronico tra catalizzatori e specie cariche sull'attività catalitica.

"La relazione tra energia di adsorbimento e attività catalitica è utile per la selezione iniziale dei catalizzatori e la chiave per mappare la relazione è stabilire la relazione quantitativa tra le proprietà elettroniche intrinseche dei materiali e i descrittori catalitici, " scrivono. Descrittori strutturali ed elementari come d-band center, il fattore di tolleranza e, ad esempio, il numero di elettroni sono spiegati nel quadro della banda d in relazione all'energia di adsorbimento. "Per di più, perché i descrittori strutturali ed elementari sono quantificati sperimentalmente rispetto all'energia di adsorbimento, descrittori strutturali ed elementari sono utili per scoprire nuovi materiali catalizzatori e garantire un balzo in avanti nelle prestazioni elettrochimiche".

"Il trasferimento di carica è anche una parte importante nelle reazioni elettrochimiche e migliora l'attività catalitica. Il principio del trasferimento di carica è rimuovere la carica dai legami stabili nei reagenti e abbassare la barriera di attivazione della fase di limitazione della velocità, " hanno aggiunto.

"La comprensione fondamentale delle relazioni struttura-attività tra l'attività catalitica e le proprietà fisiche dei materiali catalitici è utile per scegliere descrittori efficaci e sviluppare modelli computazionali multiscala efficienti per una descrizione accurata dei materiali catalitici. Calcoli ed esperimenti ad alto rendimento possono essere impiegati per accelerare lo screening dei materiali catalizzatori e abbreviare il ciclo di sviluppo negli studi futuri, " scrivono gli scienziati. "Tuttavia, anche risolvendo il problema intrinseco dell'attività, i catalizzatori devono ancora affrontare i requisiti vitali di stabilità e sicurezza prima delle applicazioni pratiche... Anche questi problemi di stabilità e sicurezza dovrebbero essere considerati prima di un catalizzatore, che viene selezionato per svolgere un'elevata attività catalitica, viene messo in atto».