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Pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) da Academia Chinesa de Ciências (CAS) relataram uma estratégia para fabricar catalisadores de átomo único (SACs). Eles sintetizaram mais de trinta SACs diferentes com centros de metal 3-D a 5-D em vários substratos por meio de deposição eletroquímica. A pesquisa detalhada foi publicada em Nature Communications .
Na última década, Os SACs têm recebido grande atenção na catalisação da divisão da água, redução de oxigênio, CO 2 hidrogenação, conversão de metano e assim por diante devido às suas utilizações maximizadas de átomos e estruturas eletrônicas exclusivas. Contudo, essas estratégias geralmente têm requisitos especiais no metal ancorado ou nos suportes. Ainda é um desafio desenvolver uma abordagem que seja aplicável a uma ampla gama de metais e suportes para a fabricação de SACs.
Neste estudo, os pesquisadores conduziram a deposição eletroquímica de SACs em um sistema padrão de três eletrodos. Ao ajustar a faixa de potencial no eletrodo de trabalho, dois átomos individuais diferentes de Ir ancorados em Co (OH) 2 nanofolhas (Ir 1 / Co (OH) 2 ) foram obtidos a partir da eletrodeposição catódica e anódica. Os resultados da medição da Estrutura Fina de Absorção de Raios-X (XAFS) revelaram que estes dois 1 / Co (OH) 2 mostraram diferentes estados de valência e ambientes de coordenação, que deve ser atribuído a diferentes espécies depositantes e ao processo redox no eletrodo.
Eles então investigaram os efeitos da concentração de precursores de metal, o número de ciclos de varredura, e a taxa de varredura na formação de SACs durante a eletrodeposição catódica e anódica. Os resultados indicaram que controlar o carregamento em massa de espécies de metal abaixo de um certo nível é crucial para a síntese de SACs. O limite superior de carregamento de massa para SACs corresponde ao nível de supersaturação mínima no suporte, que é semelhante ao mecanismo molecular de nucleação na síntese em fase de solução.
Na sequência, os pesquisadores depositaram com sucesso metais 4-D e 5-D em Co (OH) 2 nanofolhas, Metais 3-D em carbono dopado com nitrogênio, e Ir átomos individuais em diferentes substratos para testar a generalidade deste método. A dispersão única de espécies de metal foi validada por caracterizações estruturais. Enquanto isso, o mesmo tipo de SACs de eletrodeposição catódica e anódica também mostrou estruturas eletrônicas diferentes, segurando potenciais em aplicação para diferentes reações catalíticas. Os SACs obtidos foram aplicados para catalisar a separação da água. Átomos únicos de Ir depositados catodicamente em Co 0,8 Fe 0,2 Se 2 nanofolhas exibiram uma densidade de corrente de 10 mA cm -2 com apenas um superpotencial de 8 mV para a reação de evolução de hidrogênio, enquanto átomos de Ir anodicamente depositados também mostraram excelente desempenho para a reação de evolução de oxigênio.
Além disso, os pesquisadores reunidos catodicamente e anodicamente depositaram o átomo de Ir em uma célula de dois eletrodos para a divisão total da água. A fim de aumentar o carregamento de catalisadores para melhor desempenho, os átomos individuais cresceram em espuma de Ni. As medições eletroquímicas sugeriram que apenas um potencial recorde de 1,39 V era necessário para uma densidade de corrente de 10 mA cm -2 .
A generalidade deste método fornece não apenas um acesso fácil a uma ampla gama de SACs, mas também novos caminhos para uma compreensão aprofundada dos mecanismos catalíticos.
