p Os catalisadores são de suma importância para alcançar alta eficiência e lucro econômico para a maioria das reações heterogêneas. Uma vez que a reação catalítica ocorre apenas quando os reagentes atingem os sítios ativos, esses locais ativos devem ser expostos ao máximo na superfície em um catalisador de alta eficiência. p Com base nesta consideração, pesquisadores da Universidade de Tsinghua na China demonstraram agora um material nanocável de carbono coaxial único com nanotubo de carbono puro (CNT) como o núcleo e uma camada de carbono enrugada dopada com nitrogênio como a casca. Os nanocabos coaxiais, denotado como CNT @ NCNT, são enriquecidos com N átomos dopantes na superfície - isto é, os sítios ativos induzidos pela incorporação de N são expostos na superfície. A equipe relatou sua pesquisa em Materiais Funcionais Avançados , edição 38, volume 24.

p "Nanotubos de carbono, um material funcional superestrela, atraíram muita atenção desde que foram encontrados em 1991. Além disso, a incorporação de heteroátomos no esqueleto do CNT torna os CNTs dopados com reatividade química melhorada e desempenho catalítico sequencialmente bom. "Dr. Qiang Zhang disse ao Phys.Org, "Para a maioria dos CNTs dopados com N (NCNTs) diretamente sintetizados por crescimento de deposição de vapor químico e dopagem química, os átomos de N incorporados se distribuem uniformemente. Portanto, os sítios ativos induzidos pelos átomos dopantes nas paredes internas são dificilmente acessíveis e, conseqüentemente, contribuem para a atividade catalítica pouco. "

p "Além do mais, a estrutura semelhante a um bambu ou a estrutura empilhada em copo dos NCNTs de rotina processa o empacotamento complexo de camadas de grafeno, o que dificulta o transporte rápido de elétrons ao longo das camadas de grafeno. Consequentemente, é altamente desejado que um eletrocatalisador NCNT eficiente incorpore átomos de N em nanotubos de carbono seletivamente na superfície para expor totalmente os sítios ativos enquanto as paredes internas contínuas de CNT são bem preservadas. "

p A respeito disso, Gui-Li Tian, um estudante de pós-graduação e o primeiro autor do artigo, desenvolveu um facile, método de fase não líquida para fabricar os nanocabos coaxiais CNT @ NCNT. "Uma fina camada de carbono turboestrático contendo N pode crescer epitaxialmente nas paredes externas de CNTs primitivos por CVD de compostos contendo N, resultando nos nanocabos coaxiais constituídos pelas paredes de CNT cilíndricas e as camadas dopadas com N enrugadas, "diz Tian." Os átomos de N contaminantes são enriquecidos na superfície dos nanocabos fabricados. E as paredes internas permaneceram intactas como esperado, levando a uma alta condutividade elétrica de 3,3 S cm-1. Combinando os méritos dos átomos de N dopantes enriquecidos na superfície e paredes internas contínuas, O CNT @ NCNT possui atividade eletrocatalítica superior. "

p "Em comparação com os NCNTs dopados em massa de rotina em nível de dopagem semelhante, o catalisador CNT @ NCNT proporcionou maior densidade de corrente e menor sobrepotencial para redução de oxigênio e reação de evolução. "

p O Prof. Fei Wei acrescentou, "Os átomos de N incorporados estão concentrados na superfície do CNT @ NCNT. Portanto, os sítios ativos induzidos pelos átomos de dopagem são mais acessíveis aos reagentes. Além disso, a polaridade e hidrofilia do material de carbono também são melhoradas, que facilitou a transferência de massa na interface entre o material do eletrodo e o eletrólito. Além disso, a alta condutividade elétrica atribuída às paredes internas intactas beneficia a transferência rápida de carga das camadas dopadas com N para os andaimes de CNT. Como resultado, O CNT @ NCNT oferece desempenho eletrocatalítico superior em comparação com os NCNTs de rotina. "

p "Além de catalisadores superiores para eletroquímica de oxigênio, Os nanocabos coaxiais CNT @ NCNT também são uma boa plataforma para exposição total de locais ativos para interfaces robustas de compostos de alto desempenho, bem como catalisadores eficientes e / ou suportes de nanopartículas de metal para reação de oxidação seletiva e biossensores, etc. ", disse o Prof. Dang-Sheng Su do Instituto de Pesquisa de Metal, Academia Chinesa de Ciências, em Shenyang, China, um co-autor do artigo.

p Uma vez que as nanoestruturas de hetero-junção de superfície não estão limitadas a CNTs, os pesquisadores prevêem um novo ramo da química evoluindo na área de exposição total de sítios ativos por meio dos sistemas 3D heterogêneos.