Sob as preocupações ambientais, como poluição e efeito estufa, aplicações de armazenamento de energia amigáveis ​​ao meio ambiente, como células de combustível, A produção de amônia e baterias de lítio-ar são propostas para substituir os recursos fósseis. Contudo, o alto superpotencial é um dos problemas mais urgentes para aplicações práticas, e eletrocatalisadores são aplicados como uma solução. Projetar catalisadores de alta atividade para conversões eletroquímicas é um desafio. Cientistas da Academia Chinesa de Ciências, Xangai, China, e a Universidade de Xangai, Xangai, China, revisou alguns descritores de atividade representativos para selecionar catalisadores de alta atividade em cálculos e experimentos de alto rendimento futuros. Este trabalho, intitulado "Adsorption-Energy-Based Activity Descriptors for Electrocatalysts in Energy Storage Applications, "foi publicado em National Science Review .

Os cientistas delineiam uma estratégia simples para melhorar a atividade catalítica para reduzir as barreiras de ativação das reações eletroquímicas ajustando o acoplamento eletrônico interfacial entre o adsorbato e a superfície do catalisador.

"Os processos eletrocatalíticos geralmente envolvem a adsorção de reagentes nas superfícies dos catalisadores, quebrar algumas ligações de reagentes para formar novas ligações químicas entre o catalisador e os reagentes, e resultam em intermediários ativados. Como a atividade catalítica é atribuída ao acoplamento eletrônico interfacial, a energia de adsorção é um bom descritor para identificar a atividade catalítica para reações de superfície. "

Com base na mudança de energia livre da reação eletroquímica, os autores dividiram toda a reação eletroquímica em uma parte da reação intrínseca e uma parte do efeito catalítico. "O efeito catalítico se reflete diretamente nas diferenças de energia de adsorção de reagentes e produtos, "afirmaram. A energia de adsorção como um descritor catalítico nessas reações típicas é discutida em reações de pares de elétrons, reações de evolução e reações de redução para apresentar o efeito do acoplamento eletrônico entre catalisadores e espécies carregadas na atividade catalítica.

"A relação entre a energia de adsorção e a atividade catalítica é útil para a seleção inicial de catalisadores e a chave para mapear a relação é estabelecer a relação quantitativa entre as propriedades eletrônicas intrínsecas dos materiais e os descritores catalíticos, "eles escrevem. Descritores estruturais e elementares, como centro da banda d, o fator de tolerância e, por exemplo, o número de elétrons são explicados na estrutura da banda d como relacionados à energia de adsorção. "Além disso, porque os descritores estruturais e elementares são quantificados experimentalmente em comparação com a energia de adsorção, os descritores estruturais e elementares são úteis para descobrir novos materiais catalisadores e garantir um salto à frente no desempenho eletroquímico. "

"A transferência de carga também é uma parte importante nas reações eletroquímicas e melhora a atividade catalítica. O princípio da transferência de carga é remover a carga das ligações estáveis ​​em reagentes e diminuir a barreira de ativação da etapa de limitação de taxa, "acrescentaram.

"A compreensão fundamental das relações estrutura-atividade entre a atividade catalítica e as propriedades físicas dos materiais catalisadores é útil para escolher descritores eficazes e desenvolver modelos computacionais multiescala eficientes para uma descrição precisa dos materiais catalisadores. Cálculos e experimentos de alto rendimento podem ser empregados para acelerar a triagem de materiais catalisadores e encurtar o ciclo de desenvolvimento em estudos futuros, "os cientistas escrevem." No entanto, até mesmo resolvendo o problema intrínseco de atividade, catalisadores ainda enfrentam os requisitos vitais de estabilidade e segurança antes das aplicações práticas ... Essas questões de estabilidade e segurança também devem ser consideradas antes de um catalisador, que é rastreado para realizar alta atividade catalítica, é colocado em aplicação. "