La regolazione precisa delle strutture elettroniche delle specie metalloattive è altamente desiderabile per l'elettrocatalisi. I substrati a base di carbonio con superficie inerte forniscono una debole interazione metallo-supporto e quindi non sono in grado di modulare efficacemente le loro strutture elettroniche.

Recentemente, un gruppo guidato dal Prof. Liu Jian del Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) dell'Accademia Cinese delle Scienze, in collaborazione con il Prof. Zhou Si della Dalian University of Technology e il Prof. Liang Ji della Tianjin University, utilizzato singoli atomi per modificare il substrato di carbonio per migliorare l'interazione tra substrato e nanoparticelle metalliche supportate. Il metodo potrebbe adattare con precisione le strutture elettroniche delle nanoparticelle metalliche.

Questo studio è stato pubblicato in Angewandte Chemie Edizione Internazionale l'8 maggio

I ricercatori hanno disperso singoli atomi di Co su un substrato di carbonio per migliorare l'interazione tra il substrato e il nanoreattore di rutenio (Ru), che ha consentito la regolazione a distanza degli stati elettronici delle nanoparticelle di Ru, e quindi sintonizzando la loro attività elettrocatalitica.

Hanno preso la reazione di evoluzione dell'idrogeno (HER) come reazione modello, il nanoreattore Ru supportato da carbonio drogato a singolo atomo di cobalto ha mostrato un'attività catalitica e una stabilità ultraelevate.

I calcoli teorici hanno mostrato che la decorazione del grafene contenente ossigeno da parte di singoli atomi di metallo induceva la ridistribuzione degli elettroni sulla superficie del carbonio. Gli atomi di carbonio che circondano i singoli atomi erano carenti di elettroni, che ha migliorato il trasferimento di elettroni dalle nanoparticelle di Ru al substrato di carbonio, e quindi ottimizzato la capacità di legame del nanoreattore Ru e le sue prestazioni HER.

"Questo lavoro realizza la produzione efficiente di idrogeno verde utilizzando elettrocatalizzatori non Pt e fornisce una nuova strategia per guidare il comportamento catalitico dei nanocatalizzatori metallici supportati dal carbonio in un modo più flessibile e non distruttivo, " detto dal Prof. Liu.