Ils ont conçu et synthétisé avec succès un métallène efficace en alliage rhodium-cuivre modifié à la tétraphénylporphyrine (tpp) (RhCu M-tpp). Ce catalyseur bifonctionnel présente des capacités remarquables dans la réaction électrocatalytique de réduction du nitrate (NO₃ RR) et la réaction d'oxydation de l'éthanol (EOR) en milieu neutre, surmontant les limitations monofonctionnelles des catalyseurs solides traditionnels à base de métal et fournissant une référence précieuse pour la conception de stockage d'énergie durable à l'avenir.

"Cette étude met en évidence l'importance de la catalyse par relais molécule-métal pour l'efficacité du NH₃ électrosynthèse en NO₃ RR et propose un prototype de batterie multifonctionnel qui montre les avantages des systèmes électrochimiques hybrides à base de métal en matière de stockage et de conversion d'énergie durables et de haute performance", a déclaré le professeur Fan Zhanxi, professeur adjoint au département de chimie de CityU, qui a dirigé l'étude. soulignant l'importance des résultats.

Élaborant sur le caractère unique des résultats, le professeur Fan a expliqué que le RhCu M-tpp tel qu'obtenu surmonte le défi des catalyseurs traditionnels à base de Cu nécessitant un potentiel assez négatif pour convertir efficacement le nitrate en ammoniac lors de la conduite de NO₃ RR en milieu neutre. De plus, sur la base de la bifonctionnalité supérieure du RhCu M-tpp tel que préparé pour le NO₃ RR et EOR, une batterie rechargeable au nitrate de zinc et à l'éthanol a été construite avec succès pour remédier à la faible capacité de recharge des cellules galvaniques traditionnelles au nitrate de zinc.

De plus, un mécanisme de catalyse par relais molécule-métal a été découvert dans ce travail, par lequel le nitrate est d'abord réduit en nitrite sur du tpp, puis le nitrite tel que généré est converti en ammoniac sur des sites métalliques. Cela a permis de vérifier la faisabilité de la modification de la surface moléculaire pour améliorer les performances électrochimiques des nanométaux pour le NO₃. RR.

L'article est publié dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences. .

L’activité des catalyseurs cathodiques est cruciale pour les performances des batteries zinc-nitrate. Cependant, actuellement, les catalyseurs à base de cuivre utilisés présentent des limites. Ils nécessitent un potentiel appliqué très négatif et ont une faible adsorption des protons, ce qui entraîne une faible densité de courant et un faible rendement en ammoniac. De plus, ces catalyseurs ne sont pas adaptés à la réaction électrocatalytique de dégagement d'oxygène (OER), ce qui conduit à des batteries non rechargeables et à une faible durée de vie.

Pour résoudre ces problèmes, l’équipe de recherche a développé des métallènes bimétalliques ultra-fins RhCu afin de réduire la barrière énergétique du cuivre. Après de nombreuses tentatives, ils ont découvert que la modification de la surface des métallènes RhCu avec une petite molécule, appelée tpp, améliorait considérablement l’efficacité de la conversion des nitrates en ammoniac sans compromettre les performances des substrats métalliques lors de l’oxydation de l’éthanol. Cette avancée peut ainsi améliorer les performances globales des batteries zinc-nitrate.

Les résultats de la recherche offrent une solution efficace pour construire des systèmes énergétiques hybrides à base de zinc hautes performances et fournissent des informations précieuses pour la conception future de catalyseurs de dispositifs multifonctionnels et respectueux de l'environnement.