p Uma equipe liderada pelo Prof. YU Shuhong e Prof. HOU Zhonghuai da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) da Academia Chinesa de Ciências desenvolveu uma abordagem de engenharia microquímica orientada por teoria (MCE) para manipular a cinética da reação e, assim, otimizar o desempenho eletrocatalítico da reação de oxidação do metanol (MOR) em canais 3D ordenados e reticulados (3DOC). O estudo foi publicado no Jornal da American Chemical Society . p Em engenharia química micro-nanoescala, dois fatores primários geralmente afetam a cinética eletrocatalítica na interface eletrodo-eletrólito, ou seja, a reação na superfície do eletrodo e a transferência de massa do eletrólito para a superfície próxima e dentro da camada de difusão.

p A reação de superfície pode ser otimizada projetando catalisadores em nanoescala e aumentando a porosidade para aumentar os sítios ativos, bem como ajustando a estrutura eletrônica e a energia de ligação para aumentar a atividade intrínseca dos sítios ativos. Para eletrocatálise envolvida com macrocatalisador, a transferência de massa do eletrólito bruto para a superfície do catalisador é rápida o suficiente devido ao comprimento característico desprezível da camada de difusão em comparação com o tamanho do catalisador.

p Contudo, à medida que o catalisador diminui para a nanoescala, a transferência de massa se desvia muito da previsão da teoria tradicional devido ao comprimento da camada de difusão comparável. Portanto, uma nova metodologia de otimização da cinética de determinados catalisadores continua urgente para maximizar o desempenho eletrocatalítico.

p Neste estudo, os pesquisadores propuseram uma abordagem MCE envolvendo a otimização do processo do catalisador.

p Eles selecionaram nanotubos de platina (Pt NTs) como o catalisador modelo, empregou conjunto de interface ar-líquido e corrosão eletroquímica in situ para construir um canal 3D ideal ordenado e reticulado, e usou o MOR como modelo de reação para testar o desempenho eletrocatalítico do 3DOC. Os resultados da medição indicaram que existe um tamanho de canal ideal de 3DOC para MOR.

p Além do mais, com base na função de densidade de energia livre da superfície do eletrodo, os pesquisadores estabeleceram um modelo cinético abrangente que acopla a reação de superfície e a transferência de massa para regular com precisão a cinética e otimizar o desempenho do MOR. Os resultados mostraram que o aumento do tamanho do canal de 3DOC promoveu a transferência de massa do eletrólito bruto para a superfície do catalisador, e enfraqueceu o fluxo vertical de elétrons da reação em 3DOC.

p Essa competição entre a transferência de massa e a reação de superfície levou ao melhor desempenho do MOR no 3DOC com um tamanho específico. Sob o tamanho do canal otimizado, a transferência de massa e a reação de superfície no microrreator canalizado foram ambas bem reguladas.

p Esta otimização estrutural, diferente do projeto de catalisador tradicionalmente termodinâmico, garante um aumento significativo no desempenho eletrocatalítico heterogêneo. Usando proposta de transferência de massa de acoplamento MCE e reação de superfície, a otimização cinética na eletrocatálise pode ser realizada. Esta estratégia de MCE trará um salto em frente no design de catalisador estruturado e modulação cinética.