p Experimentos usando raios X em duas linhas de luz no Síncrotron australiano ajudaram a caracterizar uma nova classe de catalisadores de átomo único (SACs) com suporte em nanotubos de carbono que exibem redução eletroquímica notável de CO2 em CO. Uma carga de peso de 20% em peso para a nova classe , nanotubos de carbono dopados com nitrogênio de átomo único de níquel (NiSA-N-CNTs), é considerada a maior carga de metal para SACs relatada até o momento. p Átomos únicos de níquel, cobalto e ferro foram suportados em nanotubos de carbono dopados com nitrogênio por meio de um método de pirólise em um único recipiente e comparados no estudo.

p Uma grande colaboração internacional, liderado pelo Prof San Ping Jiang, Vice-diretor do Instituto de Tecnologia de Combustíveis e Energia da Curtin University of Technology e associados do Departamento de Engenharia Química, desenvolveram um novo processo de síntese e desenvolvimento para nanotubos de carbono dopados com nitrogênio com um ligante de níquel que demonstram alta atividade catalítica.

p O estudo foi publicado em Materiais avançados e destaque na capa interna da publicação.

p Dr. Bernt Johannessen, cientista de instrumentos na linha de luz de espectroscopia de absorção de raios-X (XAS) no Síncrotron australiano foi co-autor do artigo, que também incluiu pesquisadores principais da Curtin University of Technology e colaboradores da University of Western Australia, Instituto de Pesquisa de Metais (China), Laboratório Nacional de Oak Ridge (EUA), Universidade da Costa do Sol, University of Queensland, Tsinghua University (China) e King Abdulaziz University (Arábia Saudita). Suporte técnico e aconselhamento sobre os experimentos de espectroscopia de raio-X suave foram fornecidos pelo cientista australiano do instrumento Synchrotron, Dr. Bruce Cowie.

p "A ideia por trás da abordagem é que as partículas menores que você tem, mais cataliticamente ativos eles são. Conforme você vai para o tamanho de uma nanopartícula, você vê aumento da atividade catalítica. E se você levar isso ao extremo, você está olhando para átomos de metal simples ancorados em um substrato de carbono, "disse Johannessen.

p "Como os átomos da superfície se comportam de maneira diferente em relação à massa ou outros átomos, O XAS foi usado para verificar se havia de fato átomos únicos e a posição desses átomos de níquel em relação a outros átomos. Fomos capazes de determinar comprimentos de ligação e números de coordenação. "

p A adição ou subtração de átomos individuais de uma partícula abre a possibilidade de ajustar suas propriedades.

p O desafio tem sido manter os átomos de metal, que fornecem uma forte ligação de suporte de metal, de interagir uns com os outros e agregar por causa de sua energia de superfície superior.

p Os pesquisadores superaram isso desenvolvendo um método de várias etapas para sintetizar átomos de níquel atomicamente dispersos em CNTs dopados com nitrogênio que incluíam a decomposição da solução precursora em alta temperatura.

p A absorção de raios-X perto da espectroscopia de estrutura de borda (XANES) no Australian Synchrotron forneceu evidências de suporte da eficiência eletroquímica de NiSA-N-CNTs. Os resultados sugeriram que as espécies de Ni-N são os centros ativos para a reação de redução de CO2 em CO. Os átomos de níquel únicos são mantidos pela coordenação de átomos de nitrogênio na estrutura do nanotubo de carbono dopado com N e isso ajuda a estabilizar a estrutura da agregação de metal.

p Os NiSA-N-CNTs também demonstraram uma frequência de rotação mais alta do que outros CNTs dopados com nitrogênio. Os dados confirmaram que não havia agregação ou decomposição óbvia de níquel e também revelaram a durabilidade estrutural dos NiSA-N-CNTs como eletrocatalisadores.

p Uma série de outras técnicas e simulações foram realizadas como parte da caracterização dos materiais e para confirmar a redução da reação de CO2.

p A nova classe de SACs tem um potencial tremendo com aplicações promissoras nas áreas de eletrocatálise e catalisadores para conversão de energia, bem como outros usos.