No domínio das reações eletroquímicas, particularmente da redução de CO₂, a identificação e o desenvolvimento de catalisadores eficientes são de extrema importância. Entre os vários materiais estudados, os catalisadores metal-nitrogênio-carbono (M-N-C) surgiram como candidatos promissores devido à sua alta atividade e seletividade. No entanto, compreender os mecanismos subjacentes que governam o seu desempenho catalítico continua a ser um desafio significativo.

Um avanço significativo neste sentido foi a descoberta do papel proeminente dos átomos vizinhos no aumento da atividade catalítica dos materiais M-N-C. Esses átomos vizinhos, normalmente coordenados aos centros metálicos, exercem uma profunda influência na estrutura eletrônica e na reatividade dos sítios ativos.

Um aspecto crucial é a modificação eletrônica dos centros metálicos. Os átomos vizinhos podem alterar a densidade eletrônica e o estado de oxidação dos íons metálicos, modulando assim sua interação com as moléculas de CO₂. Esta sintonia eletrônica influencia a adsorção e ativação do CO₂, que são etapas críticas no processo de redução eletroquímica.

Por exemplo, no caso de catalisadores Fe-NC, demonstrou-se que a presença de átomos vizinhos, como fósforo (P) ou enxofre (S), modifica a densidade eletrônica dos centros de Fe. Esta modificação aumenta a força de adsorção de CO₂ e facilita a formação de intermediários de reação, levando em última análise a uma atividade catalítica melhorada.

Além disso, átomos vizinhos também podem participar diretamente no mecanismo de reação. Eles podem atuar como cocatalisadores ou promotores que facilitam etapas específicas na via de redução de CO₂. Por exemplo, alguns átomos vizinhos podem fornecer locais ativos adicionais para adsorção de CO2 ou promover a dessorção de produtos de reação, acelerando assim a taxa geral de reação.

Além desses efeitos, os átomos vizinhos podem influenciar a estabilidade e durabilidade dos catalisadores M-N-C. Ao modificar a estrutura eletrônica e o ambiente químico dos sítios ativos, os átomos vizinhos podem aumentar a resistência do catalisador à desativação e degradação, que são fatores críticos para aplicações práticas.

Em conclusão, os átomos vizinhos nos catalisadores metal-nitrogênio-carbono desempenham um papel fundamental no aumento da atividade de redução eletroquímica do CO₂. Eles influenciam a estrutura eletrônica, a reatividade e a estabilidade dos catalisadores, permitindo a conversão eficiente de CO₂ e abrindo caminho para processos eletroquímicos sustentáveis.