I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati nel numero di febbraio 2021 di Catalisi ACS e presenti sulla copertina dell'edizione cartacea. Credito:UNIST
Un recente studio ha svelato il motivo dietro le eccezionali prestazioni catalitiche dei catalizzatori misti a base di metalli non nobili. Questo grazie a una nuova strategia sintetica per la produzione di catalizzatori a forma di cubo che potrebbe semplificare ulteriormente la struttura di catalizzatori complessi.
Questa svolta è stata guidata dal professor Kwangjin An e dal suo team di ricerca presso la School of Energy and Chemical Engineering dell'UNIST, in collaborazione con il professor Taeghwan Hyeon e il suo gruppo di ricerca della Seoul National University. Nel loro studio, i ricercatori hanno scoperto un nuovo principio che il trasferimento di carica attivo, che compare all'interfaccia creatasi tra i due tipi di metalli non nobili, potrebbe migliorare le prestazioni catalitiche di catalizzatori di ossido complessi. Il team di ricerca si aspetta che le loro scoperte possano contribuire allo sviluppo di catalizzatori in grado di convertire il metano in modo efficiente in combustibili e sostanze chimiche ad alto valore aggiunto.
È noto che l'interfaccia creata tra un metallo attivo e un supporto di ossido influisce sulle prestazioni catalitiche a causa del processo di trasferimento di carica. Però, a causa delle loro complesse strutture di interfaccia e delle sfide sintetiche, Le interfacce ossido-ossido prodotte da catalizzatori di ossido di spinello supportati sono state meno studiate.
In questo lavoro, il gruppo di ricerca ha proposto una strategia sintetica per l'ossido di spinello eterostrutturato (Co 3 oh 4 , mn 3 oh 4 , e Fe 3 oh 4 ) nanocubi (NC) con un CeO . controllato 2 strato che ha consentito lo studio del ruolo dell'interfaccia nell'ossidazione catalitica di CO e H 2 . Hanno sviluppato un processo di deposizione selettiva per produrre CeO 2 -NC spinello depositato con 1, 3, e 6 sfaccettature di CeO 2 (MCe-1F, Mce-3F, e NC MCa-6F per l'ossido di spinello).
Sintesi e caratterizzazione delle NC Co3O4-CeO2. (In alto) Illustrazione schematica della preparazione di NC di ossido di spinello depositato con CeO2 con uno strato controllato di CeO2. (In basso) Immagini HAADF-STEM e mappature EDS di NC Co3O4 con 1, 3, e 6 sfaccettature coperte da CeO2. Credito:UNIST
Secondo il gruppo di ricerca, Amministratore delegato 2 -Co depositato 3 oh 4 Le NC hanno mostrato un tasso di ossidazione della CO 12 volte superiore rispetto al Co . incontaminato 3 oh 4 NC. Per di più, vari sul posto tecniche di caratterizzazione, ha rivelato che il CeO . depositato 2 impedisce la riduzione di Co 3 oh 4 fornendo ossigeno. Hanno anche scoperto che l'interfaccia massimizzata risultante da Co 3 oh 4 NC con tre sfaccettature coperte da CeO 2 gli strati mostrano il più alto tasso di ossidazione della CO anche in condizioni carenti di O2, che derivava dalla variazione versatile dello stato di ossidazione.
"Questo studio fornisce una comprensione completa del meccanismo di Mars-van Krevelen (MvK), che si verificano su scala nanometrica al Co 3 oh 4 -Amministratore delegato 2 interfacce, " ha osservato il gruppo di ricerca. "La stessa tendenza dell'attività e il flusso di elettroni caldi si osservano per H 2 reazioni di ossidazione mediante nanodiodi catalitici, dimostrando così che l'origine del potenziamento dell'attività è il trasferimento di carica all'interfaccia."
