Forskere foreslår nano-indeslutningsstrategi for at danne sub-nanometer-reaktorer

Single-atom katalysatorer (SAC'er) er lovende i elektrokatalyseprocesser på grund af deres maksimale udnyttelse af aktive arter.

Imidlertid, manipulation af disse aktive steder i atom-skala for at tilfredsstille specifikke reaktioner er stadig en væsentlig flaskehals på grund af deres isolationstræk.

Prof. Liu Jian fra Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) ved det kinesiske videnskabsakademi og hans samarbejdspartnere foreslog en nano-indeslutningsstrategi til at være vært for flere Fe- og Cu-enkeltatomer inde i de ekstremt smalle, men regelmæssige overfladehulrum af grafitisk carbonnitrid til danne "sub-nanometer reaktorer."

Undersøgelsen blev offentliggjort i Avancerede materialer den 2. sept.

"Disse Fe- og Cu-atomer, stærkt indespærret i subnanometer reaktorer, giver ikke kun stærkere interaktion med reaktanterne, men også, vigtigere, føre til en betydelig synergieffekt på grund af deres unikke mikromiljøer i dette ekstremt snævre rum, hvilket er meget gunstigt for katalyse, især tandemprocesserne såsom nitrogenreduktionsreaktionen, " sagde prof. Liang Ji fra Tianjin University, medforfatter til undersøgelsen.

"Dette er første gang, at vi med succes og konceptuelt skubber nanoreaktorerne mod en meget mindre dimension for at danne subnanometerreaktorer, som bringer markant forskellige egenskaber fra de konventionelle nanoreaktorer, " tilføjet af prof. Liu.

"Første principsimulering afslører, at denne synergistiske effekt stammer fra den unikke Fe-Cu-koordination, som effektivt modificerer N ₂ absorption, forbedrer elektronoverførsel, og tilbyder ekstra redox-par til nitrogenreduktionsreaktion, " sagde prof. Sun Chenghua fra Swinburne University of Technology, en anden medforfatter til undersøgelsen.

Forskerne fandt ud af, at denne betydelige synergi forårsaget af de mange indesluttede atomer førte til en betydelig forbedring af ydeevnen for modellens elektrokatalytiske proces, nitrogenreduktionsreaktionen (NRR).

Der er opnået forbedringer med hensyn til højt ammoniakudbytte og effektivitet, der er meget højere sammenlignet med mono-metal-modstykker.

Dette koncept med at konstruere subnanometerreaktorer giver ikke kun en ny strategi til at manipulere katalysatorers aktive centre på subnanometerskalaen, men kaster også lys over designet af nye katalysatorer med en præcis rumlig placering på sub-nanometer skalaen for et bredt spektrum af katalytiske reaktioner.