A regulação precisa das estruturas eletrônicas de espécies ativas de metal é altamente desejável para eletrocatálise. Substratos à base de carbono com superfície inerte fornecem interação fraca de metal-suporte e, portanto, são incapazes de modular suas estruturas eletrônicas de forma eficaz.

Recentemente, um grupo liderado pelo Prof. Liu Jian do Instituto Dalian de Física Química (DICP) da Academia Chinesa de Ciências, em colaboração com o Prof. Zhou Si da Universidade de Tecnologia de Dalian e o Prof. Liang Ji da Universidade de Tianjin, usou átomos únicos para modificar o substrato de carbono para aumentar a interação entre o substrato e as nanopartículas de metal suportadas. O método poderia ajustar precisamente as estruturas eletrônicas de nanopartículas de metal.

Este estudo foi publicado em Angewandte Chemie International Edition em 8 de maio.

Os pesquisadores dispersaram átomos de Co únicos no substrato de carbono para aumentar a interação entre o substrato e o nanorreator de rutênio (Ru), que permitiu a regulação remota dos estados eletrônicos das nanopartículas de Ru, e, assim, ajustar sua atividade eletrocatalítica.

Eles tomaram a reação de evolução de hidrogênio (HER) como uma reação modelo, o nanorreator Ru suportado por carbono dopado com um átomo de cobalto mostrou atividade catalítica e estabilidade ultra-altas.

Cálculos teóricos mostraram que a decoração do grafeno contendo oxigênio por átomos de metal único induziu a redistribuição de elétrons na superfície do carbono. Os átomos de carbono em torno dos átomos individuais eram deficientes em elétrons, que aumentou a transferência de elétrons das nanopartículas de Ru para o substrato de carbono, e, assim, otimizou a capacidade de ligação do nanorreator de Ru e seu desempenho de HER.

"Este trabalho realiza a produção eficiente de hidrogênio verde usando eletrocatalisadores não-Pt e fornece uma nova estratégia para direcionar o comportamento catalítico de nanocatalisadores de metal com suporte de carbono de uma maneira mais flexível e não destrutiva, "disse o Prof. Liu.