Immagine TEM di un centro attivo a triplo atomo e illustrazione schematica di un reattore sub-nanometrico che lo ospita per catalizzare NRR. Attestazione:LIANG Ji
I catalizzatori a singolo atomo (SAC) sono promettenti nei processi di elettrocatalisi grazie al loro massimo utilizzo di specie attive.
Però, la manipolazione di questi siti attivi su scala atomica per soddisfare reazioni specifiche è ancora un collo di bottiglia essenziale a causa delle loro caratteristiche di isolamento.
Il prof. Liu Jian del Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) dell'Accademia cinese delle scienze e i suoi collaboratori hanno proposto una strategia di nano-confinamento per ospitare più singoli atomi di Fe e Cu all'interno delle cavità superficiali estremamente strette ma regolari del nitruro di carbonio grafitico per formare "reattori sub-nanometrici".
Lo studio è stato pubblicato su Materiale avanzato il 2 settembre.
"Questi atomi di Fe e Cu, altamente confinato nei reattori sub-nanometrici, non solo forniscono una più forte interazione con i reagenti ma anche, ma ancora più importante, portano a un significativo effetto sinergico grazie ai loro microambienti unici in questo spazio estremamente ristretto, che è molto favorevole per la catalisi, soprattutto i processi tandem come la reazione di riduzione dell'azoto, " ha affermato il prof. Liang Ji dell'Università di Tianjin, coautore dello studio.
"Questa è la prima volta che spingiamo con successo e concettualmente i nanoreattori verso una dimensione molto più piccola per formare reattori sub-nanometrici, che porta proprietà distintamente diverse dai nanoreattori convenzionali, " aggiunto dal Prof. Liu.
"La simulazione del primo principio rivela che questo effetto sinergico ha origine dalla coordinazione unica Fe-Cu, che modifica effettivamente N 2 assorbimento, migliora il trasferimento di elettroni, e offre coppie redox extra per la reazione di riduzione dell'azoto, " ha affermato il prof. Sun Chenghua della Swinburne University of Technology, un altro coautore dello studio.
I ricercatori hanno scoperto che questa significativa sinergia causata dai molteplici atomi confinati ha portato a un significativo miglioramento delle prestazioni per il processo elettrocatalitico modello, la reazione di riduzione dell'azoto (NRR).
Sono stati ottenuti miglioramenti in termini di elevata resa di ammoniaca ed efficienza molto più elevati rispetto alle controparti monometalliche.
Questo concetto di costruzione di reattori sub-nanometrici non solo fornisce una nuova strategia per manipolare i centri attivi dei catalizzatori su scala subnanometrica, ma fa anche luce sulla progettazione di nuovi catalizzatori con una posizione spaziale di precisione su scala sub-nanometrica anche per un ampio spettro di reazioni catalitiche.
