La régulation précise des structures électroniques des espèces métalliques actives est hautement souhaitable pour l'électrocatalyse. Les substrats à base de carbone avec une surface inerte offrent une faible interaction métal-support et sont donc incapables de moduler efficacement leurs structures électroniques.

Récemment, un groupe dirigé par le professeur Liu Jian du Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) de l'Académie chinoise des sciences, en collaboration avec le professeur Zhou Si de l'Université de technologie de Dalian et le professeur Liang Ji de l'Université de Tianjin, utilisé des atomes uniques pour modifier le substrat de carbone afin d'améliorer l'interaction entre le substrat et les nanoparticules métalliques supportées. La méthode pourrait précisément adapter les structures électroniques des nanoparticules métalliques.

Cette étude a été publiée dans Angewandte Chemie Édition Internationale le 8 mai.

Les chercheurs ont dispersé des atomes de Co uniques sur un substrat de carbone pour améliorer l'interaction entre le substrat et le nanoréacteur de ruthénium (Ru), qui a permis la régulation à distance des états électroniques des nanoparticules de Ru, et ainsi régler leur activité électrocatalytique.

Ils ont pris la réaction de dégagement d'hydrogène (HER) comme réaction modèle, le nanoréacteur Ru supporté par du carbone dopé à un seul atome de cobalt a montré une activité catalytique et une stabilité ultra-élevées.

Des calculs théoriques ont montré que la décoration du graphène contenant de l'oxygène par des atomes métalliques uniques induisait une redistribution des électrons à la surface du carbone. Les atomes de carbone entourant les atomes simples étaient déficients en électrons, qui a amélioré le transfert d'électrons des nanoparticules de Ru vers le substrat de carbone, et ainsi optimisé la capacité de liaison du nanoréacteur Ru et ses performances HER.

"Ce travail réalise la production efficace d'hydrogène vert à l'aide d'électrocatalyseurs sans Pt et fournit une nouvelle stratégie pour orienter le comportement catalytique des nanocatalyseurs métalliques sur support carbone de manière plus flexible et non destructive, " a déclaré le professeur Liu.