Imagem TEM de um centro ativo de átomo triplo e a ilustração esquemática de um reator sub-nanômetro hospedando-o para catalisar NRR. Crédito:LIANG Ji
Os catalisadores de átomo único (SACs) são promissores nos processos de eletrocatálise devido ao máximo aproveitamento de espécies ativas.
Contudo, a manipulação desses sítios ativos em escala atômica para satisfazer reações específicas ainda é um gargalo essencial devido às suas características de isolamento.
O Prof. Liu Jian do Instituto de Física Química de Dalian (DICP) da Academia Chinesa de Ciências e seus colaboradores propuseram uma estratégia de nano-confinamento para hospedar múltiplos átomos de Fe e Cu dentro das cavidades superficiais extremamente estreitas, porém regulares, de nitreto de carbono grafítico para formar "reatores sub-nanométricos".
O estudo foi publicado em Materiais avançados em 2 de setembro.
"Esses átomos de Fe e Cu, altamente confinado nos reatores sub-nanômetros, não só fornecem uma interação mais forte com os reagentes, mas também, mais importante, levam a um efeito sinérgico significativo devido aos seus microambientes exclusivos neste espaço extremamente estreito, que é altamente favorável para catálise, especialmente os processos em tandem, como a reação de redução de nitrogênio, "disse o Prof. Liang Ji da Universidade de Tianjin, um co-autor do estudo.
"Esta é a primeira vez que empurramos conceitualmente e com sucesso os nanorreatores para uma dimensão muito menor para formar reatores sub-nanométricos, que traz propriedades distintamente diferentes dos nanorreatores convencionais, "adicionado pelo Prof. Liu.
"A simulação do primeiro princípio revela que este efeito sinérgico se origina da coordenação única Fe-Cu, que efetivamente modifica N 2 absorção, melhora a transferência de elétrons, e oferece pares redox extras para a reação de redução de nitrogênio, "disse o Prof. Sun Chenghua da Swinburne University of Technology, outro co-autor do estudo.
Os pesquisadores descobriram que esta sinergia significativa causada pelos vários átomos confinados levou a uma melhoria significativa de desempenho para o processo eletrocatalítico modelo, a reação de redução de nitrogênio (NRR).
Foram alcançadas melhorias em termos de alto rendimento e eficiência de amônia que são muito maiores em comparação com as contrapartes mono-metálicas.
Este conceito de construção de reatores sub-nanométricos não só fornece uma nova estratégia de manipulação de centros ativos de catalisadores na escala subnanométrica, mas também lança luz sobre o design de novos catalisadores com uma localização espacial de precisão na escala sub-nanométrica para um amplo espectro de reações catalíticas também.
