Fig. 1. Caracterizações estruturais do bimetaleno PdMo. a – c, HAADF-STEM de baixa ampliação (a), Imagens HAADF-STEM (b) e TEM (c) de alta ampliação de PdMo bimetaleno. A inserção de c mostra uma imagem HRTEM de PdMo bimetaleno. d, e, Imagem AFM (d) e perfis de altura correspondentes (e) de PdMo bimetaleno. f, Imagem HAADF-STEM de alta resolução obtida de uma única nanofolha bimetaleno. Inserir, os padrões de transformação rápida de Fourier correspondentes. Crédito:Universidade de Pequim
Recentemente, o grupo do Professor Guo Shaojun na Faculdade de Engenharia da Universidade de Pequim desenvolveu um novo tipo de sub-nanômetro, nanofolha PdMo altamente curva - devido à sua analogia estrutural com o grafeno, foi denotado como PdMo bimetaleno, e mostrou desempenho eletrocatalítico extraordinário em relação à reação de redução de oxigênio (ORR) em ambiente alcalino. Quando usado como eletrocatalisadores catódicos, as nanofolhas PdMo permitem um desempenho muito aprimorado de troca / descarga em baterias Zn-air e Li-air. Este trabalho foi publicado em Natureza em 26 de setembro, 2019.
Os combustíveis fósseis têm causado graves desafios na poluição ambiental e nas mudanças climáticas, portanto, clamando urgentemente para o desenvolvimento de tecnologias de energia limpa e renovável que possibilitem um sistema de energia sustentável. O armazenamento e subsequente uso de fontes de energia renováveis, porém intermitentes, por exemplo., solar, vento etc., requer um dispositivo eletroquímico que permita a interconversão de eletricidade e produtos químicos de maneira eficiente. De importância fundamental para a eficiência operacional do dispositivo reside na interface eletrodo-eletrólito, em que as reações eletroquímicas desejadas ocorrem conforme conduzidas por um eletrocatalisador adequado. Atualmente, a falta de eletrocatalisador de alto desempenho cria um gargalo para a penetração de energia renovável.
Um dos maiores desafios neste campo é a cinética desfavorável do ORR, e eletrocatalisadores à base de metais do grupo da platina (PGMs) são frequentemente necessários para melhorar a atividade e durabilidade. Na década passada, a dinâmica de ORR em ambientes ácidos em catalisadores à base de platina foi drasticamente melhorada por meio do ajuste de liga, tensão superficial, e ambientes de coordenação otimizados. No entanto, melhorar a atividade dessa reação em meios alcalinos continua sendo um desafio devido à dificuldade em alcançar força de ligação de oxigênio otimizada em PGMs na presença de hidróxido.
Neste estudo, O bimetaleno PdMo demonstrou ser um eletrocatalisador eficiente e estável para o ORR e o OER em eletrólitos alcalinos, e eletrodos catódicos promissores em baterias Zn-air e Li-air. A característica ultrafina do bimetaleno PdMo permite uma área de superfície eletroquimicamente ativa impressionante (138,7 m 2 / gPd) e uma atividade de massa em direção à ORR de 16,37 A / mgPd a 0,9 volts contra RHE em eletrólitos alcalinos. Esta atividade de massa é 78 vezes e 327 vezes maior do que a dos catalisadores comerciais de Pt / C e Pd / C, respectivamente, junto com decadência insignificante após 30, 000 ciclismo acelerado. Cálculos de teoria funcional de densidade mostram que uma energia de ligação de oxigênio otimizada foi alcançada em PdMo bimetaleno devido a uma combinação de efeito de liga, efeito de deformação e o efeito de tamanho quântico. Prevê-se que os materiais metálicos mostrarão uma grande promessa na eletrocatálise de energia.
Fig. 2. Desempenho eletrocatalítico e estudo do mecanismo. uma, b, Curvas de polarização ORR (a) e uma comparação das atividades de massa e específicas (b) dos catalisadores indicados em KOH 0,1 M a 0,9 V versus RHE. c, Deixou, vista lateral do modelo atômico do bimetaleno PdMo de quatro camadas. Direito, vista superior do modelo atômico mostrando as camadas 2 e 3. Nas camadas 2 e 3, cada átomo de molibdênio é cercado por seis átomos de paládio, indicado pelos hexágonos vermelho (camada 2) e azul (camada 3). d, Energia de ligação de oxigênio (ΔEO) de PdMo bimetaleno em função de deformações compressivas (negativas) e de tração (positivas). A linha vermelha horizontal indica o valor ΔEO ideal. e, A densidade eletrônica projetada de estados da banda d para os átomos de paládio da superfície em Pd em massa, uma folha de Pd de quatro camadas (Pd 4L) e PdMo. As linhas tracejadas horizontais indicam o centro calculado da banda d. Crédito:Universidade de Pequim
