Dans le domaine des réactions électrochimiques, en particulier la réduction du CO₂, l'identification et le développement de catalyseurs efficaces sont de la plus haute importance. Parmi les différents matériaux étudiés, les catalyseurs métal-azote-carbone (M-N-C) sont apparus comme des candidats prometteurs en raison de leur activité et de leur sélectivité élevées. Cependant, comprendre les mécanismes sous-jacents régissant leurs performances catalytiques reste un défi de taille.

Une avancée significative à cet égard a été la découverte du rôle prédominant des atomes voisins dans l’amélioration de l’activité catalytique des matériaux MNC. Ces atomes voisins, généralement coordonnés aux centres métalliques, exercent une profonde influence sur la structure électronique et la réactivité des sites actifs.

Un aspect crucial est la modification électronique des centres métalliques. Les atomes voisins peuvent modifier la densité électronique et l’état d’oxydation des ions métalliques, modulant ainsi leur interaction avec les molécules de CO₂. Ce réglage électronique influence l'adsorption et l'activation du CO₂, qui sont des étapes critiques du processus de réduction électrochimique.

Par exemple, dans le cas des catalyseurs Fe-N-C, il a été démontré que la présence d’atomes voisins tels que le phosphore (P) ou le soufre (S) modifie la densité électronique des centres Fe. Cette modification améliore la force d'adsorption du CO₂ et facilite la formation d'intermédiaires réactionnels, conduisant finalement à une activité catalytique améliorée.

De plus, les atomes voisins peuvent également participer directement au mécanisme réactionnel. Ils peuvent agir comme co-catalyseurs ou promoteurs qui facilitent des étapes spécifiques de la voie de réduction du CO₂. Par exemple, certains atomes voisins peuvent fournir des sites actifs supplémentaires pour l'adsorption du CO₂ ou favoriser la désorption des produits de réaction, accélérant ainsi la vitesse globale de la réaction.

En plus de ces effets, les atomes voisins peuvent influencer la stabilité et la durabilité des catalyseurs MNC. En modifiant la structure électronique et l'environnement chimique des sites actifs, les atomes voisins peuvent améliorer la résistance du catalyseur à la désactivation et à la dégradation, facteurs critiques pour les applications pratiques.

En conclusion, les atomes voisins dans les catalyseurs métal-azote-carbone jouent un rôle central dans l’augmentation de l’activité de réduction électrochimique du CO₂. Ils influencent la structure électronique, la réactivité et la stabilité des catalyseurs, permettant une conversion efficace du CO₂ et ouvrant la voie à des processus électrochimiques durables.