Adaptación de la selectividad de reducción de oxígeno ácido en catalizadores monoatómicos mediante la modificación de...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Catálisis
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• La selectividad del producto en las reacciones electrocatalíticas multielectrónicas es crítica para la conversión de energía y la síntesis química.
• Un desafío importante es el entendimiento limitado de los sitios activos catalíticos precisos.
• Los catalizadores de un solo átomo (SAC) ofrecen una alta utilización atómica, pero requieren una caracterización detallada del sitio activo.

Objetivo del estudio:

• Investigar la relación estructura-propiedad en catalizadores de un solo átomo (SAC) para la reacción de reducción de oxígeno ácido (ORR).
• Para demostrar que el entorno de coordinación local, no sólo el átomo central, gobierna la selectividad electrocatalítica.
• Aclarar el mecanismo para adaptar la selectividad de ORR a vías específicas.

Principales métodos:

• Se emplearon predicciones teóricas y validación experimental.
• Se utilizaron análisis de estructura fina por absorción de rayos X (XAFS) para sondear la estructura local.
• Espectroscopia infrarroja in situ de los intermediarios de reacción y de los sitios activos.

Principales resultados:

• La estructura local, incluidas las primeras y segundas esferas de coordinación (CS), determina sinérgicamente la respuesta electrocatalítica.
• La selectividad ORR en Cobalt-SACs (Co-SACs) se ajustó de una vía de cuatro electrones a una de dos electrones mediante la modificación de las esferas de coordinación.
• Los sitios activos se desplazaron del átomo de Co central al átomo de C adyacente a O, optimizando la estructura electrónica y la adsorción *OOH.

Conclusiones:

• La estructura local a nivel molecular de las SAC es el principal determinante de la selectividad electrocatalítica.
• La adaptación de las esferas de coordinación permite un control preciso de las vías de ORR.
• Este trabajo logró una alta selectividad (>95%) para la electrosíntesis ácida de H2O2, lo que demuestra un nuevo paradigma para el diseño de catalizadores.