Regulação da distância atômica do local Fe-Rh para reação eficiente de redução de oxigênio

O efeito de alcance do catalisador de átomo Fe-Rh suportado por grafeno dopado com N pode efetivamente melhorar a atividade de redução de oxigênio do catalisador. Crédito:Science China Press

Em um estudo publicado na revista Science China Chemistry , os autores projetam e investigam sistematicamente o efeito da distância local dos catalisadores de átomos de Fe-Rh (Fe-Rh_x @NC) apoiado por grafeno dopado com N para ORR por uma abordagem teórica e experimental integrada.

Usando potencial eletrostático (ESP) e análise de carga de Bader, cálculos teóricos prevêem que o efeito distância-local altera a estrutura eletrônica catalítica de diferentes distâncias de sítios atômicos Fe-Rh (d_Fe-Rh ), otimizando a força de adsorção do catalisador.

Consequentemente, motivados por esses cálculos teóricos, os autores projetaram o Fe-Rh_x Catalisadores @NC através de uma estratégia de confinamento espacial e sintetizaram o Fe-Rh_x Catalisadores @NC com diferentes d_Fe-Rh .

Imagens TEM (HAADF-STEM) de varredura de campo escuro toroidal de alto ângulo demonstram ainda mais a síntese bem-sucedida de catalisadores em diferentes distâncias atômicas de Fe-Rh. A espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS) e a espectroscopia de absorção de raios X (XAS) demonstraram o efeito da distância do local na força da interação entre Fe e Rh.

O Fe-Rh₂ @NC tem a distância atômica ideal para fornecer o potencial de início mais positivo (E_onset ) e um potencial de meia onda (E_1/2 ) de 1,01 e 0,91 V vs. RHE em comparação com Fe-Rh₁ @NC (0,96 e 0,88 V) e Fe@NC (0,96 e 0,87 V), ainda superiores ao Pt/C comercial (0,98 e 0,86 V).

Os cálculos da teoria do funcional da densidade (DFT) revelam que Fe-Rh₂ @NC pode interagir com O₂ moderadamente, com energia de adsorção adequada, propícia à promoção do processo cinético de ORR. Comparado com Fe@NC, o Fe-Rh₂ O catalisador @NC tem uma densidade de estado projetada mais alta perto do nível de Fermi, indicando que o Fe-Rh₂ O catalisador bimetálico @NC possui maior capacidade de transferência de elétrons e maior desempenho catalítico.

O pesquisador associado Ding Tao e o professor Yao Tao, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, lideraram este estudo. Os experimentos foram realizados por meio de cálculo da teoria do funcional da densidade e técnicas de caracterização da radiação síncrotron.

Mais informações: Tong Liu et al, Regulando a distância atômica do local Fe-Rh para uma reação eficiente de redução de oxigênio, Science China Chemistry (2024). DOI:10.1007/s11426-023-1889-6
Fornecido pela Science China Press

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