Nanocristais de metais nobres funcionalizados quimicamente para eletrocatálise

16 de fevereiro de 2023

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pela Academia Chinesa de Ciências

A eletrocatálise é um processo dominado pela interface, no qual a atividade do catalisador está altamente relacionada aos comportamentos de adsorção/dessorção dos reagentes/intermediários/produtos nos sítios ativos. Do ponto de vista do projeto de catalisadores, a funcionalização química em superfícies de metais nobres inevitavelmente afetará o processo de reação, que é considerado uma das estratégias eficazes para ajustar o desempenho eletrocatalítico de nanocristais de metais nobres.

Recentemente, uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Yu Chen, da Shaanxi Normal University, na China, publicou um artigo no campo da eletrocatálise de metais nobres. Seu artigo resume os métodos de síntese de nanoeletrocatalisadores de metais nobres funcionalizados com poliamina (PAM) e suas aplicações em reações eletrocatalíticas, e apresenta o progresso da pesquisa, deficiências atuais, desafios e perspectivas futuras de eletrocatalisadores de metais nobres funcionalizados quimicamente, que foram publicados no Chinese Journal de Catálise.

O mecanismo de formação de nanocristais de metais nobres funcionalizados com moléculas de PAM é discutido primeiro. Os autores explicam que o PAM possui um grande número de grupos amino (−NH2) e/ou grupos imino (−NH−), nos quais o par de elétrons solitários no átomo de nitrogênio tem uma forte capacidade de coordenação. Na reação hidrotérmica, o PAM pode interagir com PtII, RhIII, PdII e AgI para formar complexos, que transformam o processo de crescimento de nanocristais de metais nobres de controle termodinâmico para controle cinético.

Sob controle cinético, a forma final dos nanocristais de metais nobres não tende mais a formar nanoesferas com mínima energia livre de superfície, e diversas nanoestruturas anisotrópicas serão obtidas com base nas condições da reação, como nanocubos, nanofios, nanofolhas e nanoredes.

Os eletrocatalisadores funcionalizados PAM são aplicados em algumas reações eletroquímicas importantes, como reação de precipitação de hidrogênio (HER) e reação de redução de oxigênio (ORR), que geralmente revelam eletroatividade aumentada. Normalmente, uma grande quantidade de −NH2 e −NH− em PAM será protonada para formar −NH3+ e −NH2+ em meio ácido ou neutro, o que levará diretamente ao aumento da concentração de prótons na superfície de nanocristais de metais nobres funcionalizados com PAM.

Para as reações eletrocatalíticas acopladas a prótons, como HER e ORR, os nanocristais de metais nobres funcionalizados com PAM exibem menores sobrepotenciais de reação e maior eficiência catalítica devido ao enriquecimento de prótons na interface. Além disso, são destacados os efeitos da funcionalização do PAM (como efeito eletrônico, efeito de impedimento estérico, efeito de grupo) na atividade e seletividade do catalisador.

Finalmente, as deficiências, desafios e perspectivas neste promissor campo de pesquisa emergente são brevemente resumidos. Este trabalho visa estimular uma atenção mais profunda à funcionalização e catálise de superfícies/interfaces, aumentar o investimento na pesquisa de funcionalização de superfícies/interfaces e mudar nossa futura produção de energia renovável e tecnologias ambientais relacionadas à eletrocatálise.

Mais Informações: Qi Xue et al, Nanocristais de metal nobre funcionalizados químicos para eletrocatálise, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI: 10.1016/S1872-2067(22)64186-X

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