Modulación de la estructura de coordinación más allá del segundo en electrocatalizadores de un solo átomo para el...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Catálisis
• La electroquímica

Sus antecedentes:

• Se conoce la influencia de los microambientes en los catalizadores de un solo átomo (SAC), pero el efecto de las estructuras más allá de las capas de coordinación secundarias sigue sin estar claro.
• La comprensión de los efectos estructurales de larga distancia es crucial para optimizar el rendimiento de SAC.

Objetivo del estudio:

• Investigar el impacto de las estructuras remotas más allá de las esferas de coordinación secundarias en el rendimiento electrocatalítico del SAC.
• Explorar el papel de las esferas de coordinación sintonizables en la síntesis de amoníaco a partir de nitrato.

Principales métodos:

• Síntesis de marcos orgánicos metálicos (MOF) como SACs modelo (Cu12-NDI-X, X = NMe2, H, F) con esferas de coordinación más allá de las secundarias definidas.
• Evaluación electrocatalítica de la actividad de síntesis de amoníaco, rendimiento y eficiencia Faradaic.
• Análisis electroquímico para comprender el mecanismo de mejora del rendimiento.

Principales resultados:

• La sustitución remota de grupos funcionales más allá de la esfera de coordinación secundaria afecta significativamente la actividad de síntesis de amoníaco.
• Cu12-NND-H demostró un rendimiento de amoníaco superior (35,1 mg·h−1·mgcat−1) y una eficiencia Faradaic (98,7%) en comparación con otras modificaciones.
• El rendimiento mejorado se atribuye al centro de banda d ajustable del sitio activo de Cu, que promueve la adsorción de nitrato y la protonación intermedia.
• El electrodo Cu12-NND-H permitió el montaje de una batería recargable de nitrato de Zn con una densidad de potencia de 34,0 mW·cm−2.

Conclusiones:

• La modulación estructural a larga distancia de los SAC es una estrategia viable para mejorar la actividad catalítica de la síntesis de amoníaco.
• Los hallazgos abren nuevas vías para el diseño de SAC avanzados mediante el ajuste de estructuras más allá del entorno de coordinación inmediata.
• El catalizador desarrollado es prometedor para aplicaciones de conversión y almacenamiento de energía, especialmente en baterías recargables.