Des chercheurs de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) ont signalé une stratégie pour fabriquer des catalyseurs à un seul atome (SAC). Ils ont synthétisé plus de trente SAC différents avec des centres métalliques 3-D à 5-D sur plusieurs substrats par dépôt électrochimique. La recherche détaillée a été publiée dans Communication Nature .

Au cours de la dernière décennie, Les SAC ont reçu une large attention dans la catalyse de la division de l'eau, réduction de l'oxygène, CO 2 hydrogénation, conversion du méthane et ainsi de suite en raison de leurs utilisations atomiques maximisées et de leurs structures électroniques uniques. Cependant, ces stratégies ont généralement des exigences particulières sur le métal ancré ou les supports. Développer une approche applicable à une large gamme de métaux et de supports pour la fabrication de SAC reste un défi.

Dans cette étude, les chercheurs ont effectué le dépôt électrochimique de SAC dans un système standard à trois électrodes. En réglant la plage de potentiel sur l'électrode de travail, deux atomes simples Ir différents ancrés sur Co(OH) 2 nanofeuillets (Ir 1 /Co(OH) 2 ) ont été obtenus à la fois par électrodéposition cathodique et anodique. Les résultats de mesure de la structure fine d'absorption des rayons X (XAFS) ont révélé que ces deux Ir 1 /Co(OH) 2 ont montré différents états de valence et environnements de coordination, ce qui doit être attribué aux différentes espèces de dépôt et au processus redox sur l'électrode.

Ils ont ensuite étudié les effets de la concentration de précurseurs métalliques, le nombre de cycles de balayage, et le taux de balayage sur la formation de SAC pendant l'électrodéposition cathodique et anodique. Les résultats ont indiqué que le contrôle de la charge massique des espèces métalliques en dessous d'un certain niveau est crucial pour la synthèse des SAC. La limite supérieure de chargement massique pour les SAC correspond au niveau de sursaturation minimale sur le support, qui est similaire au mécanisme moléculaire de nucléation dans la synthèse en phase solution.

Dans ce qui suit, les chercheurs ont déposé avec succès des métaux 4-D et 5-D sur Co(OH) 2 nanofeuillets, Métaux 3-D sur carbone dopé à l'azote, et Ir des atomes uniques sur différents substrats pour tester la généralité de cette méthode. La dispersion unique des espèces métalliques a été validée par des caractérisations structurales. Pendant ce temps, le même type de SAC provenant de l'électrodéposition cathodique et anodique a également montré des structures électroniques différentes, potentiels de maintien en application pour différentes réactions catalytiques. Les SAC tels qu'ils ont été obtenus ont été appliqués pour catalyser le fractionnement de l'eau. Atomes isolés d'Ir déposés cathodiquement sur Co 0,8 Fe 0,2 Se 2 les nanofeuillets présentaient une densité de courant de 10 mA cm ^-2 avec seulement une surtension de 8 mV pour la réaction de dégagement d'hydrogène, tandis que les atomes d'Ir déposés anodiquement ont également montré d'excellentes performances pour la réaction de dégagement d'oxygène.

Par ailleurs, les chercheurs ont assemblé de manière cathodique et anodique un seul atome d'Ir déposé dans une cellule à deux électrodes pour la division globale de l'eau. Afin d'augmenter la charge des catalyseurs pour de meilleures performances, les atomes individuels ont été développés sur de la mousse de Ni. Les mesures électrochimiques ont suggéré que seul un potentiel record de 1,39 V était nécessaire pour une densité de courant de 10 mA cm ^-2 .

La généralité de cette méthode fournit non seulement un accès facile à un large éventail de SAC, mais aussi de nouvelles voies vers une compréhension approfondie des mécanismes catalytiques.