(a) Imagem SEM de nanoflocos MoTe2. (b) (painel inferior) Curvas de polarização de nanoflocos MoTe2, Pós MoTe2 em massa e nanofolhas de grafeno isoladamente e (painel superior) correntes de anel correspondentes (linha tracejada) e porcentagem de H2O2 (linha sólida). (c) Atividade de massa derivada de nanoflocos de MoTe2 em comparação com as de ligas de Pt / Pd-Hg e catalisadores à base de Au estimados na literatura. (d) Curvas de polarização, correntes de anel e porcentagem de H2O2 de nanoflocos de MoTe2 no estado inicial e após certo número de ciclos durante o teste de durabilidade acelerado. Crédito:Science China Press
H 2 O 2 é uma importante commodity química e potencial transportador de energia, e é amplamente utilizado para diversos ambientes, aplicações médicas e domésticas. Atualmente, cerca de 99% de H 2 O 2 é produzido a partir de um processo de oxidação de antraquinona que consome muita energia. Sua produção centralizada, desta forma, produz H altamente concentrado 2 O 2 que muitas vezes tem que ser distribuído e diluído no local de uso, trazendo complexidade e desafios adicionais. Além disso, H 2 O 2 também pode ser produzida a partir da reação direta entre H 2 e O 2 na presença de catalisadores à base de Pd. O potencial risco de explosão desta abordagem, Contudo, dificulta a sua aplicação prática.
A reação eletroquímica de redução de oxigênio por meio de uma via de dois elétrons representa uma estratégia nova e descentralizada para produzir H 2 O 2 . Baseia-se no desenvolvimento de eletrocatalisadores ativos e seletivos. Os candidatos de última geração são as ligas Pt-Hg e Pd-Hg. Apesar de sua atividade de massa relativamente alta e seletividade em ácidos, é improvável que essas ligas de metais preciosos sejam usadas em grande escala devido a seus custos proibitivos e toxicidade (por causa da inclusão de Hg).
Mais recentemente, materiais à base de carbono surgiram e demonstram atividade e seletividade apreciáveis para H 2 O 2 produção em solução alcalina. Infelizmente, seus potenciais também são limitados, uma vez que H 2 O 2 é submetido a rápida decomposição em meio alcalino. Para aplicações práticas, H 2 O 2 é mais amplamente utilizado em meios ácidos com maior capacidade de oxidação. Como resultado, é altamente desejável buscar eletrocatalisadores de alto desempenho para H seletivo 2 O 2 produção em ácidos.
Em uma nova pesquisa publicada no National Science Review , cientistas da Soochow University (Suzhou, China), a Universidade da Academia Chinesa de Ciências (Pequim, China), Universidade Normal de Nanjing (Nanjing, China) e Trinity College Dublin (Dublin, Irlanda) trabalharam juntos, e relatou pela primeira vez que telureto de molibdênio (MoTe 2 ) os nanoflakes tiveram um desempenho notável para H 2 O 2 produção em ácidos.
MoTe 2 nanoflakes foram preparados através do método de esfoliação em fase líquida bem estabelecido a partir de MoTe em massa 2 . A difração de raios X e as análises Raman evidenciaram que o produto possuía uma fase hexagonal 2H. A microscopia eletrônica de varredura e a imagem de microscopia eletrônica de transmissão revelaram que MoTe esfoliou 2 os nanoflocos tiveram distribuição de tamanho lateral de 50 a 350 nm. Além disso, os autores usaram microscopia eletrônica de transmissão de varredura com correção de aberração para elucidar a estrutura atômica de MoTe 2 nanoflakes, e observou que suas bordas expostas, embora não seja atomicamente nítido, estavam principalmente ao longo das direções em zigue-zague, com ligações abundantes de locais de Mo e Te insaturados.
Quando investigado como os materiais eletrocatalisadores em O 2 -saturado 0,5 M H 2 TÃO 4 solução, MoTe 2 nanoflocos misturados com nanofolhas de grafeno exibiram potencial de início positivo de 0,56 V versus eletrodo de hidrogênio reversível e H excelente 2 O 2 seletividade de até 93%. A atividade de massa também foi calculada normalizando a corrente catalítica em relação à massa do catalisador. Os autores descobriram que o valor estava na faixa de ~ 10-102 A g -1 entre 0,3-0,45 V para MoTe 2 , que, embora não seja tão bom quanto as ligas de Pt-Hg e Pd-Hg de última geração, foi superior às ligas de Au e materiais à base de carbono.
O Prof. Yanguang Li, que liderou os experimentos eletroquímicos, observou que "a atividade de massa do MoTe esfoliado 2 nanofolhas a 0,4 V eram 27 A g -1 - aproximadamente 7 a 10 vezes maior do que as ligas de Au-Pd e carbono dopado com N. "Além de sua impressionante atividade e seletividade, MoTe 2 nanoflakes também exibiram estabilidade decente com perda de desempenho insignificante, mesmo após o teste de durabilidade acelerado e experimento de envelhecimento noturno.
Para entender o resultado experimental, os autores realizaram cálculos da teoria funcional da densidade para simular as energias de absorção dos principais intermediários de reação na superfície do catalisador. Eles descobriram que a borda em ziguezague de 2H MoTe 2 tinha ligação adequada para HOO * e ligação fraca para O *, e, portanto, promoveria a redução de O 2 para H 2 O 2 mas retardar sua redução adicional a H 2 O. Prof. Yafei Li que liderou o trabalho teórico disse "MoTe 2 foi realmente único por sua capacidade de redução de oxigênio de dois elétrons, que não foi encontrado em outros dichalcogenetos de metais de transição, incluindo MoS 2 e MoSe 2 "
"Nosso estudo aqui revelou o potencial inesperado do MoTe 2 nanoflakes como um eletrocatalisador à base de metais não preciosos para H 2 O 2 produção em ácidos, e pode abrir um novo caminho para o projeto do catalisador para esta reação eletroquímica desafiadora, "O Prof. Yanguang Li comentou sobre a interessante descoberta deles.
