Desvelando la estructura activa de la catálisis de un solo átomo de níquel: las funciones críticas de la capacidad de...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los catalizadores de un solo átomo de níquel en grafeno presentan una alta actividad para la reducción electroquímica de CO2 (CO2R) a CO.
• El mecanismo catalítico preciso y la estructura óptima de coordinación de Ni siguen sin estar claros, y los cálculos previos de DFT sugieren inactividad.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar el origen catalítico de los catalizadores de un solo átomo de níquel para CO2R.
• Identificar los factores cruciales que rigen la actividad y la selectividad de estos catalizadores.

Principales métodos:

• Se utilizó la dinámica molecular *ab initio* (AIMD) para evaluar las barreras cinéticas de la reacción.
• Se empleó un método de muestreo de "crecimiento lento" para evaluar el rendimiento catalítico.
• Capacidad de carga incorporada y efectos de enlace de hidrógeno, a menudo pasados por alto en estudios anteriores de DFT.

Principales resultados:

• La capacidad de carga y el enlace de hidrógeno influyen significativamente en la actividad catalítica y la selectividad.
• La alta capacidad de carga reduce la barrera electroquímica al permitir una mayor transferencia de carga.
• El enlace de hidrógeno estabiliza los intermedios y facilita la transferencia de protones, mejorando la selectividad de CO2R sobre la evolución del hidrógeno.

Conclusiones:

• Un entorno de coordinación híbrido (1N, 3C) para los átomos de Ni se identifica como óptimo para el CO2R.
• El estudio resuelve un rompecabezas de larga data con respecto a los catalizadores de un solo átomo basados en Ni.
• Destaca la importancia de la capacidad de carga y el enlace de hidrógeno para el diseño de electrocatalizadores eficaces en soluciones acuosas.