Un groupe de chercheurs a répondu à quelques questions urgentes concernant une nouvelle classe prometteuse de catalyseurs connus sous le nom de catalyseurs à atome unique (SAC).
Leurs idées ont été présentées dans l'article de couverture du Journal of the American Chemical Society. le 12 janvier 2024.
Les scientifiques ont identifié les SAC métal-azote-carbone (M-N-C) comme des alternatives efficaces et rentables aux catalyseurs à base de platine dans des applications critiques telles que les piles à combustible et les batteries.
Malgré leur promesse, il existe encore plusieurs aspects de leur comportement dans la réaction de réduction de l'oxygène (un processus crucial qui se produit dans divers systèmes électrochimiques) qui ne sont pas bien compris, tels que leur dépendance en matière d'activité par rapport au pH, leur sélectivité pour différentes voies de transfert d'électrons. , et l'identification des étapes déterminantes du taux.
Le groupe, qui comprend Hao Li, professeur agrégé à l'Institut avancé de recherche sur les matériaux de l'Université de Tohoku (WPI-AIMR), a approfondi les subtilités des catalyseurs M-N-C, abordant des questions fondamentales qui ont longtemps intrigué la communauté scientifique. P>
Grâce à une analyse méticuleuse de plus de 100 structures de catalyseurs M-N-C et à des évaluations énergétiques complètes couvrant plus de 2 000 ensembles de données, les chercheurs ont découvert une évolution de l'activité catalytique de ces matériaux dépendante du pH.
Contrairement aux hypothèses précédentes, l'étude a révélé une réponse nuancée des catalyseurs M–N–C à différents niveaux de pH, certains présentant une stabilité et des performances remarquables dans des environnements acides et alcalins.
La recherche a également mis en évidence l'interaction complexe entre la composition du catalyseur et ses performances, élucidant les facteurs influençant la sélectivité des différentes voies de réaction. En synthétisant une gamme diversifiée de catalyseurs M-N-C et en les soumettant à des tests expérimentaux rigoureux, l'équipe a validé leurs prédictions théoriques, confirmant l'exactitude de leurs modèles dans la prévision des paramètres catalytiques clés.
"Nos découvertes représentent une étape importante dans la recherche de matériaux catalytiques efficaces et durables", souligne Li. "En révélant la dépendance au pH, la sélectivité et la polyvalence des catalyseurs M-N-C, nous ouvrons la voie au développement de catalyseurs de nouvelle génération offrant des performances et une applicabilité sans précédent."
Étant donné que la dépendance au pH dans l’électrocatalyse est très courante, Li et ses collègues espèrent étendre ce modèle réussi à diverses réactions catalytiques à l’avenir. "Nous souhaitons améliorer la précision des modèles théoriques catalytiques pour permettre une meilleure sélection de catalyseurs stables et performants", ajoute Li.
Plus d'informations : Di Zhang et al, Démêler les performances de réduction de l'oxygène dépendantes du pH sur les catalyseurs à un seul atome :d'un Optima simple à double Sabatier, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI : 10.1021/jacs.3c11246
Fourni par l'Université du Tohoku
