Химически функционализированные нанокристаллы благородных металлов для электрокатализа

16 февраля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

надежный источник

корректура

Китайской академии наук

Электрокатализ представляет собой процесс, в котором преобладает интерфейс, в котором активность катализатора тесно связана с поведением адсорбции/десорбции реагентов/промежуточных продуктов/продуктов на активных центрах. С точки зрения конструкции катализатора химическая функционализация на поверхностях благородных металлов неизбежно повлияет на процесс реакции, который считается одной из эффективных стратегий настройки электрокаталитических характеристик нанокристаллов благородных металлов.

Недавно исследовательская группа под руководством профессора Ю Чена из Педагогического университета Шэньси, Китай, опубликовала статью в области электрокатализа благородных металлов. В их статье обобщены методы синтеза наноэлектрокализаторов из благородных металлов, функционализированных полиамином (PAM), и их применение в электрокаталитических реакциях, а также представлены прогресс исследований, текущие недостатки, проблемы и будущие перспективы химически функционализированных электрокатализаторов из благородных металлов, которые были опубликованы в китайском журнале. катализа.

Впервые обсуждается механизм образования нанокристаллов благородных металлов, функционализированных молекулами ПАМ. Авторы поясняют, что ПАМ имеет большое количество аминогрупп (-NH2) и/или иминогрупп (-NH-), в которых неподеленная пара электронов на атоме азота обладает сильной координационной способностью. В гидротермальной реакции ПАМ может хорошо взаимодействовать с PtII, RhIII, PdII и AgI с образованием комплексов, что переводит процесс роста нанокристаллов благородных металлов из термодинамического контроля в кинетический.

Под кинетическим контролем окончательная форма нанокристаллов благородных металлов больше не имеет тенденции к образованию наносфер с минимальной поверхностной свободной энергией, и в зависимости от условий реакции будут получены различные анизотропные наноструктуры, такие как нанокубы, нанопроволоки, нанолисты и наносети.

Электрокатализаторы, функционализированные PAM, применяются в некоторых важных электрохимических реакциях, таких как реакция осаждения водорода (HER) и реакция восстановления кислорода (ORR), которые обычно демонстрируют повышенную электроактивность. Обычно большое количество -NH2 и -NH- в ПАМ будет протонироваться с образованием -NH3+ и -NH2+ в кислой или нейтральной среде, что напрямую приведет к увеличению поверхностной концентрации протонов нанокристаллов благородного металла, функционализированных ПАМ.

Для электрокаталитических реакций с протонной связью, таких как HER и ORR, нанокристаллы благородных металлов, функционализированные PAM, демонстрируют более низкие перенапряжения реакции и более высокую каталитическую эффективность из-за межфазного обогащения протонами. Кроме того, подчеркнуты эффекты функционализации ПАМ (такие как электронный эффект, эффект стерических затруднений, групповой эффект) на активность и селективность катализатора.

Наконец, кратко суммируются недостатки, проблемы и перспективы в этой многообещающей новой области исследований. Эта работа направлена ​​на то, чтобы стимулировать более пристальное внимание к функционализации и катализу поверхностей/интерфейсов, увеличить инвестиции в исследования по функционализации поверхностей/интерфейсов и изменить наше будущее производство возобновляемой энергии и экологические технологии, связанные с электрокатализом.

Больше информации: Ци Сюэ и др., Химически функционализированные нанокристаллы благородных металлов для электрокатализа, Китайский журнал катализа (2023). DOI: 10.1016/S1872-2067(22)64186-X

Предоставлено Китайской академией наук