Manipulerende ligander:En ny dimension til fremme af elektrokatalyse ydeevne af ædelmetal aerogeler

Kemikere ved TU Dresden har fremstillet overfladetrene ædelmetal-aerogeler, der øger elektrokatalyseydelsen ved at revidere ligandkemi. De har rapporteret deres resultater i Angewandte Chemie International Edition .

Noble metal aerogels (NMA'er) er en ny klasse af porøse materialer, der omfatter nanostørrelse, meget aktive ædelmetaller og porøse strukturer, viser hidtil uset ydeevne i forskellige elektrokatalytiske processer. Imidlertid, forskellige urenheder, især organiske ligander, er ofte involveret i syntesen og forbliver i de tilsvarende produkter, hindrer undersøgelsen af ​​NMA'ers iboende elektrokatalytiske egenskaber. På den anden side, tilstedeværelsen af ​​organiske ligander betragtes generelt som skadelig for den katalytiske proces, fordi de kan blokere de aktive steder. Imidlertid, dette er endnu ikke blevet verificeret i NMA -systemer på grund af manglen på metoder til at bibringe ligander i rene NMA'er på en kontrolleret måde.

Ran Du fra Kina er en Alexander von Humboldt-stipendiat, der har arbejdet som postdoc i den fysiske kemigruppe af professor Alexander Eychmüller ved TU Dresden siden 2017. Han og professor Stephan Barcikowski fra University of Duisburg-Essen har for nylig oprettet overfladens ren ædelmetal aerogeler ved hjælp af laserproducerede nanopartikler, og dermed afsløre en ny dimension til forbedring af elektrokatalyseydelse for elektrooxidation af ethanol (anodereaktionen for direkte ethanolbrændselsceller) ved at modulere ligandkemi.

Ran Du og hans team forberedte forskellige uorganisk-saltstabiliserede metal-nanopartikler ved laserablation, som tjener som organisk-ligandfrie forstadier. På denne måde, de fremstillede urenhedsfrie NMA'er af guld (Au), palladium (Pd), og guld-palladium (Au-Pd). Denne præstation fremhæver de iboende elektrokatalytiske egenskaber ved NMA'er. Ud over, disse rene geler blev brugt som en platform til bevidst podning af specifikke ligander, hvorved den ligandstyrede modulering af elektrokatalytiske egenskaber utvetydigt blev demonstreret. De underliggende mekanismer blev tilskrevet elektrondensitetsmoduleringer udført af forskellige ligander, hvor den elektrokatalytiske aktivitet af ethanoloxidationsreaktion (EOR) er blevet positivt korreleret med metallernes oxidationstilstand. I denne henseende den polyvinylpyrrolidon (PVP) -modificerede Au-Pd bimetalliske aerogel leverede en fremtrædende strømtæthed på 5,3 gange højere end kommerciel Pd/C (palladium/carbon) og 1,7 gange højere end Au-Pd uberørte aerogeler.

"Med dette arbejde, vi giver ikke kun en strategi til at fremstille urenhedsfrie NMA'er til at undersøge deres iboende egenskaber, men også tilbyde en ny dimension til udformning af højtydende elektrokatalysatorer ved at revidere virkningerne af liganderne, "siger Ran Du.