Les catalyseurs à atome unique (SAC), en raison de leur excellente activité catalytique, constituent un sujet brûlant dans le domaine de la catalyse énergétique. Dans les SAC, les atomes métalliques sont capables d'interagir directement avec les supports, maximisant ainsi l'interface métal-support. Les interactions métal-support (MSI) affectent largement les propriétés électroniques des catalyseurs à atome unique et les performances catalytiques.
Actuellement, les moyens de réguler les interactions métal-support consistent généralement à remplacer le support ou à traiter le catalyseur par réduction par hydrogène, ce qui pourrait entraîner des modifications du support ou sacrifier la stabilité du catalyseur. Par conséquent, le développement d’une méthode permettant de réguler les interactions métal-porteur sans changer les porteurs est nécessaire de toute urgence.
Une équipe de recherche dirigée par le professeur Zeng Jie du Centre national de recherche Hefei sur les sciences physiques à l'échelle microscopique, de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l'Académie chinoise des sciences, a construit des catalyseurs à un seul atome avec une électrooxydation efficace de l'eau. en utilisant des MSI spécifiques au site. L'étude a été publiée dans Nature Communications .
Les chercheurs ont utilisé une stratégie de dépôt électrochimique pour moduler efficacement les interactions métal-support spécifiques au site des atomes simples d'Ir ancrés sur un double hydroxyde en couches de Ni (Ni LDH). Le dépôt cathodique a conduit les atomes Ir ancrés à des triples lacunes neutres (Ir1 /Ni LDH-T) et le dépôt anodique ont conduit les atomes d'Ir ancrés aux sites vacants d'oxygène (Ir1 /NiLDH-V). De forts MSI entre les atomes d'Ir et les porteurs ont induit le passage des sites actifs des sites Ni aux sites Ir, optimisant la force d'adsorption des intermédiaires et augmentant ainsi l'activité catalytique.
Les chercheurs ont révélé que, conformément au principe de dépôt électrochimique et à la structure fine d'absorption des rayons X, Ir1 /Ni LDH-T a plus de liaisons covalentes entre les sites Ir et l'oxygène coordonné de Ni LDH. Les pics Ni 2p XPS de Ir1 /Ni LDH-T est passé à une énergie de liaison élevée, indiquant des MSI plus forts des atomes uniques Ir dans Ir1 /Ni LDH-T.
Les résultats des tests de réaction d'oxydation électrocatalytique de l'eau ont montré que la masse et les activités intrinsèques des catalyseurs Ir à un seul atome avec de forts MSI étaient augmentées de 19,5 et 5,2 fois, respectivement. Les spectres Raman in situ de marquage des isotopes de l'oxygène ont montré que le 18 Oxygène marqué à l'O dans Ir1 /Ni LDH-V et Ni LDH ont été facilement échangés avec les 16 O atomes dans l'électrolyte lors de la réaction d'oxydation de l'eau, suggérant que Ni était le principal site actif dans ces deux catalyseurs. En revanche, 18 Ni 3+ marqué à l'O –O dans Ir1 /Ni LDH-T ne serait pas échangé d'ici 16 O, indiquant que Ir est le principal site actif.
De plus, des calculs théoriques ont révélé que le MSI plus fort dans Ir1 /Ni LDH-T a optimisé l'énergie d'adsorption des intermédiaires oxygénés, améliorant ainsi les performances.
Plus d'informations : Jie Wei et al, Interaction métal-support spécifique au site pour commuter l'activité des atomes uniques d'Ir pour la réaction de dégagement d'oxygène, Nature Communications (2024). DOI :10.1038/s41467-024-44815-0
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
