Nanocristaux de métaux nobles fonctionnalisés chimiquement pour l'électrocatalyse

16 février 2023

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par l'Académie chinoise des sciences

L'électrocatalyse est un processus dominé par l'interface, dans lequel l'activité du catalyseur est étroitement liée aux comportements d'adsorption/désorption des réactifs/intermédiaires/produits sur les sites actifs. Du point de vue de la conception du catalyseur, la fonctionnalisation chimique sur les surfaces de métaux nobles affectera inévitablement le processus de réaction, qui est considéré comme l'une des stratégies efficaces pour régler les performances électrocatalytiques des nanocristaux de métaux nobles.

Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur Yu Chen de l'Université normale du Shaanxi, en Chine, a publié un article dans le domaine de l'électrocatalyse des métaux nobles. Leur article résume les méthodes de synthèse des nano-électrocatalyseurs de métaux nobles fonctionnalisés polyamine (PAM) et leurs applications dans les réactions électrocatalytiques, et présente les progrès de la recherche, les lacunes actuelles, les défis et les perspectives d'avenir des électrocatalyseurs de métaux nobles chimiquement fonctionnalisés, qui ont été publiés dans Chinese Journal of Catalysis.

Le mécanisme de formation des nanocristaux de métaux nobles fonctionnalisés par la molécule PAM est d'abord discuté. Les auteurs expliquent que PAM possède un grand nombre de groupes amino (-NH2) et/ou imino (-NH-), dans lesquels la seule paire d'électrons sur l'atome d'azote a une forte capacité de coordination. Dans la réaction hydrothermale, PAM peut bien interagir avec PtII, RhIII, PdII et AgI pour former des complexes, ce qui transforme le processus de croissance des nanocristaux de métaux nobles du contrôle thermodynamique au contrôle cinétique.

Sous contrôle cinétique, la forme finale des nanocristaux de métaux nobles n'a plus tendance à former des nanosphères avec une énergie libre de surface minimale, et diverses nanostructures anisotropes seront obtenues en fonction des conditions de réaction, telles que des nanocubes, des nanofils, des nanofeuilles et des nanoréseaux.

Les électrocatalyseurs fonctionnalisés PAM sont appliqués dans certaines réactions électrochimiques importantes telles que la réaction de précipitation de l'hydrogène (HER) et la réaction de réduction de l'oxygène (ORR), qui révèlent généralement une électroactivité accrue. Typiquement, une grande quantité de -NH2 et -NH- dans PAM sera protonée pour former -NH3+ et -NH2+ dans des milieux acides ou neutres, ce qui conduira directement à l'augmentation de la concentration en protons de surface des nanocristaux de métaux nobles fonctionnalisés par PAM.

Pour les réactions électrocatalytiques couplées aux protons, telles que HER et ORR, les nanocristaux de métaux nobles fonctionnalisés par PAM présentent des surpotentiels de réaction plus faibles et une efficacité catalytique plus élevée en raison de l'enrichissement interfacial en protons. De plus, les effets de la fonctionnalisation PAM (tels que l'effet électronique, l'effet d'encombrement stérique, l'effet de groupe) sur l'activité et la sélectivité du catalyseur sont mis en évidence.

Enfin, les lacunes, les défis et les perspectives de ce domaine de recherche émergent et prometteur sont brièvement résumés. Ce travail vise à stimuler une plus grande attention à la fonctionnalisation et à la catalyse des surfaces/interfaces, à augmenter les investissements dans la recherche sur la fonctionnalisation des surfaces/interfaces et à changer notre future production d'énergie renouvelable et les technologies environnementales liées à l'électrocatalyse.

Plus d'information: Qi Xue et al, Nanocristaux de métaux nobles fonctionnalisés chimiques pour l'électrocatalyse, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI : 10.1016/S1872-2067(22)64186-X

Fourni par l'Académie chinoise des sciences