Pequenos espaços em nanorreatores podem ter grandes implicações para a química. A natureza química das moléculas e reações dentro dos nanoespaços pode ser alterada significativamente devido ao efeito do nanoconfinamento. Compreender os fundamentos da catálise confinada tornou-se um tópico importante na catálise heterogênea. Nanorreatores 2-D formados sob materiais 2-D podem fornecer um modelo bem definido para explorar catálise confinada.

Um grupo de pesquisa liderado pelos Profs. FU Qiang e BAO Xinhe da Academia Chinesa de Ciências publicou um estudo em PNAS revelando a restrição geométrica e o campo de confinamento no espaço bidimensional (2-D) entre uma sobreposição de grafeno e Pt (111). O estudo demonstra um novo conceito de catálise confinada em materiais 2-D, que eles chamaram de "catálise sob cobertura".

Os cientistas escolheram uma superfície de grafeno / Pt (111) como modelo para estudar a catálise confinada usando cálculos da teoria funcional da densidade (DFT). Eles mostraram que a adsorção de átomos e moléculas na superfície de Pt (111) é enfraquecida sob o grafeno. Um resultado semelhante foi encontrado em superfícies de Pt (110) e Pt (100) cobertas com grafeno. Tanto a restrição geométrica quanto o campo de confinamento impostos pela cobertura 2-D são atribuídos aos fenômenos de confinamento observados.

A tendência geral para a adsorção superficial enfraquecida sob o confinamento de uma camada de grafeno permite a modulação viável das reações de superfície pela colocação de uma cobertura 2-D. O conceito de "catálise sob cobertura" pode ser aplicado a reações entre duas paredes 2-D opostas interagindo entre si por meio das forças de van der Waals. O conceito ajuda no projeto de nanocatalisadores de alto desempenho com interface com camadas de material 2-D.

O grupo de pesquisa demonstrou a modulação induzida por confinamento da reatividade de superfície em uma reação de redução de oxigênio catalisada por Pt (ORR) sob coberturas 2-D. Sabe-se que a ligação do oxigênio ao Pt é relativamente forte, e todos os meios de enfraquecimento desta ligação podem ser usados ​​para promover a reação. Ao colocar diferentes materiais 2-D, como grafeno e h-BN na superfície, a ligação de oxigênio com Pt enfraquece, assim, aumentando efetivamente a atividade de ORR.

A catálise confinada em materiais 2-D pode ser aplicada a nanocatalisadores com suporte. Nanopartículas de metal podem ser encapsuladas por materiais 2-D, formando assim nanoestruturas núcleo-casca. As estruturas do núcleo ativo são bem protegidas pelas camadas externas e a estabilidade do catalisador é melhorada. Além disso, a atividade do catalisador pode ser aumentada pelo confinamento das camadas externas.