(a) Immagine SEM di nanoflakes MoTe2. (b) (pannello inferiore) Curve di polarizzazione dei nanoflakes MoTe2, polveri di MoTe2 bulk e nanosheet di grafene da soli e (pannello superiore) correnti di anello corrispondenti (linea tratteggiata) e percentuale di H2O2 (linea continua). (c) Attività di massa derivata dei nanoflakes di MoTe2 rispetto a quelli delle leghe Pt/Pd-Hg e dei catalizzatori a base di Au stimati in letteratura. (d) Curve di polarizzazione, correnti d'anello e percentuale di H2O2 di nanoflakes MoTe2 allo stato iniziale e dopo un certo numero di cicli durante il test di durata accelerata. Credito:Science China Press
h 2 oh 2 è un importante prodotto chimico di base e potenziale vettore energetico, ed è ampiamente usato per vari ambientali, applicazioni mediche e domestiche. Attualmente, circa il 99% di H 2 oh 2 è prodotto da un processo di ossidazione degli antrachinoni ad alta intensità energetica. La sua produzione centralizzata in questo modo produce H . altamente concentrato 2 oh 2 che spesso deve essere distribuito e diluito nel luogo di utilizzo, portando complessità e sfide aggiuntive. Inoltre, h 2 oh 2 può anche essere prodotto dalla reazione diretta tra H 2 e O 2 in presenza di catalizzatori a base di Pd. Il potenziale rischio di esplosione di questo approccio, però, ne ostacola l'applicazione pratica.
La reazione elettrochimica di riduzione dell'ossigeno tramite un percorso a due elettroni rappresenta una strategia nuova e decentralizzata per produrre H 2 oh 2 . Si basa sullo sviluppo di elettrocatalizzatori attivi e selettivi. I candidati all'avanguardia sono le leghe Pt-Hg e Pd-Hg. Nonostante la loro attività di massa relativamente elevata e la selettività negli acidi, è improbabile che queste leghe di metalli preziosi vengano utilizzate su larga scala a causa dei loro costi proibitivi e della loro tossicità (a causa dell'inclusione di Hg).
Più recentemente, sono emersi materiali a base di carbonio che dimostrano attività e selettività apprezzabili per H 2 oh 2 produzione in soluzione alcalina. Sfortunatamente, anche i loro potenziali sono limitati poiché H 2 oh 2 è soggetto a rapida decomposizione in ambiente alcalino. Per applicazioni pratiche, h 2 oh 2 è più ampiamente utilizzato nei mezzi acidi con una maggiore capacità di ossidazione. Di conseguenza, è altamente desiderabile perseguire elettrocatalizzatori ad alte prestazioni per H . selettivo 2 oh 2 produzione negli acidi.
In una nuova ricerca pubblicata nella sede di Pechino Rassegna scientifica nazionale , scienziati della Soochow University (Suzhou, Cina), l'Università dell'Accademia Cinese delle Scienze (Pechino, Cina), Università Normale di Nanchino (Nanchino, Cina) e il Trinity College di Dublino (Dublino, Irlanda) hanno lavorato insieme, e riportò per la prima volta che il tellururo di molibdeno (MoTe 2 ) i nanoflakes hanno avuto prestazioni notevoli per H 2 oh 2 produzione negli acidi.
MoTe 2 i nanoflakes sono stati preparati tramite il consolidato metodo di esfoliazione in fase liquida dal bulk MoTe 2 . La diffrazione dei raggi X e le analisi Raman hanno evidenziato che il prodotto aveva una fase 2H esagonale. La microscopia elettronica a scansione e la microscopia elettronica a trasmissione hanno rivelato che MoTe . esfoliato 2 i nanoflakes avevano una distribuzione dimensionale laterale da 50 a 350 nm. Inoltre, gli autori hanno utilizzato la microscopia elettronica a trasmissione a scansione corretta per l'aberrazione per chiarire la struttura atomica di MoTe 2 nanoflakes, e osservò che i loro bordi esposti, anche se non atomicamente tagliente, erano per lo più lungo le direzioni a zig-zag con abbondanti siti di legame insaturi Mo e Te.
Quando studiato come materiali elettrocatalizzatori in O 2 -saturo 0,5 M H 2 COSÌ 4 soluzione, MoTe 2 i nanoflakes mescolati con i nanosheet di grafene hanno mostrato un potenziale di insorgenza positivo di 0,56 V rispetto all'elettrodo a idrogeno reversibile e all'eccezionale H 2 oh 2 selettività fino al 93%. L'attività di massa è stata anche calcolata normalizzando la corrente catalitica rispetto alla massa del catalizzatore. Gli autori hanno scoperto che il valore era nell'intervallo di ~ 10-102 A g -1 tra 0,3-0,45 V per MoTe 2 , quale, anche se non all'altezza delle più moderne leghe Pt-Hg e Pd-Hg, era superiore alle leghe di Au e ai materiali a base di carbonio.
Il prof. Yanguang Li che ha condotto gli esperimenti elettrochimici ha osservato che "l'attività di massa del MoTe . esfoliato 2 i nanofogli a 0,4 V erano 27 A g -1 —circa 7-10 volte maggiori di quelli delle leghe Au-Pd e del carbonio drogato con N." Oltre alla sua impressionante attività e selettività, MoTe 2 i nanoflakes hanno anche mostrato una stabilità decente con una perdita di prestazioni trascurabile anche dopo il test di durata accelerata e l'esperimento di invecchiamento notturno.
Per comprendere il risultato sperimentale, gli autori hanno condotto calcoli della teoria del funzionale della densità per simulare le energie di assorbimento dei principali intermedi di reazione sulla superficie del catalizzatore. Hanno scoperto che il bordo a zigzag di 2H MoTe 2 aveva un legame adatto per HOO* e un legame debole per O*, e quindi promuoverebbe la riduzione di O 2 a H 2 oh 2 ma ritardare la sua ulteriore riduzione a H 2 O. Prof. Yafei Li che ha guidato il lavoro teorico ha detto "MoTe 2 era davvero unico per la sua capacità di riduzione dell'ossigeno a due elettroni, che non è stato trovato in altri dicalcogenuri di metalli di transizione incluso MoS 2 e MoSe 2 "
"Il nostro studio qui ha svelato il potenziale inaspettato di MoTe 2 nanoflakes come elettrocatalizzatore a base di metalli non preziosi per H 2 oh 2 produzione in acidi, e potrebbe aprire una nuova strada verso la progettazione del catalizzatore per questa impegnativa reazione elettrochimica, Il prof. Yanguang Li ha commentato la loro interessante scoperta.
