Con due decenni di attenzione focalizzata su come regolare tali riarrangiamenti, un processo chiamato ingegneria di fase può consentire processi di conversione dell'energia sostenibile. Credito:Nano ricerca
Il riarrangiamento atomico modifica le proprietà fisiche e chimiche di un materiale, il che può portare a potenziali applicazioni in tutte le discipline, inclusa l'energia sostenibile. Con due decenni di attenzione focalizzata su come la regolamentazione di tali riarrangiamenti, un processo chiamato ingegneria di fase, possa consentire processi di conversione dell'energia sostenibile, i ricercatori in Cina hanno riassunto il lavoro finora, incluso il modo in cui il campo potrebbe progredire.
Hanno pubblicato la loro recensione l'11 luglio su Nano Research , con un focus specifico sugli elettrocatalizzatori. Questi materiali innescano, migliorano o risolvono le reazioni chimiche ed elettriche coinvolte nella conversione dell'energia in formati immagazzinabili o utilizzabili. Servono spesso come elettrodo o come componente dell'elettrodo.
"L'ingegneria di fase è una strategia importante per la progettazione di elettrocatalizzatori efficienti per queste conversioni di energia, perché consente a tutti gli atomi cataliticamente attivi di riorganizzare e formare nuovi reticoli", ha affermato l'autore co-corrispondente Xiaoxin Zou, professore, State Key Laboratory of Inorganic Synthesis and Preparative Chemistry , Facoltà di Chimica, Università di Jilin. "Ciò offre una grande opportunità per manipolare razionalmente gli atomi per scoprire strutture strutturali attraenti e ottenere una migliore elettrocatalisi. E mentre, negli ultimi anni, diversi ricercatori hanno riassunto la preparazione di nanomateriali con nuove disposizioni, questa è la prima revisione sistematica verso la razionalizzazione di come queste fasi influenzare l'attività elettrocatalitica."
Queste varie disposizioni atomiche sono note come fasi cristalline. Modificando il modo in cui gli atomi sono disposti sulla superficie di un materiale solido, o nella sua massa, può cambiare drasticamente ciò che il materiale può fare. Zou ha notato, tuttavia, che la superficie è essenzialmente un'estensione della massa e non può esistere in modo indipendente, quindi la loro connessione è la chiave per lo sviluppo di elettrocatalizzatori desiderabili e stabili.
"La logica alla base dell'ingegneria di fase risiede in un'intima relazione tra le proprietà della superficie e della massa di un catalizzatore", ha detto Zou. "La progettazione della fase di massa di un catalizzatore, che influenza direttamente la superficie, è una strategia potente per progettare catalizzatori intelligenti sia internamente che esternamente."
La struttura cristallina della massa determina la struttura elettronica del materiale, la sua conduttività e, in gran parte, la composizione dello strato superficiale. Diverse strutture cristalline sfuse possiedono caratteristiche ed energie superficiali diverse, portando a diverse morfologie e siti cataliticamente attivi. Anche per i catalizzatori che subiscono un danno superficiale significativo o una ricostruzione durante il processo di catalisi, ha affermato Zou, la struttura cristallina iniziale della massa influenza fortemente la ricostituzione e la struttura finale della superficie.
Negli ultimi 20 anni, diversi ricercatori hanno studiato questa relazione, esplorando fasi elettrocatalitiche non convenzionali e come indurre tali trasformazioni. Spinti dalla domanda di processi sostenibili di conversione dell'energia, come la fissazione dell'azoto e la riduzione dell'anidride carbonica, i ricercatori hanno avanzato le tecniche di caratterizzazione, nonché la teoria alla base del lavoro sperimentale.
"Queste cose hanno permesso di comprendere in modo preciso e accurato gli effetti delle fasi cristalline sulle prestazioni elettrocatalitiche", ha detto Zou. "Quindi, è giunto il momento di riassumere la ricerca relativa all'ingegneria di fase che aiuta a svelare le relazioni fase-prestazioni e perfeziona la previsione negli studi sull'elettrocatalisi".
Successivamente, Zou e il suo team raccomandano ai ricercatori di perseguire quattro aree principali per far progredire ulteriormente l'ingegneria delle fasi cristalline per la ricerca sulla catalisi.
"Per sviluppare catalizzatori competenti per diversi processi di conversione dell'energia da un focus di fase, proponiamo di esplorare la relazione tra la fase cristallina e i livelli di attività catalitica; combinare l'ingegneria di fase con altre strategie di progettazione; svelare i meccanismi di formazione ed evoluzione delle fasi non convenzionali; e arricchire il catalitico ricerca di fasi più fluide", ha detto Zou. + Esplora ulteriormente
