O rearranjo atômico altera as propriedades físicas e químicas de um material, o que pode levar a aplicações potenciais em várias disciplinas, inclusive em energia sustentável. Com duas décadas de atenção focada em como regular tais rearranjos – um processo chamado engenharia de fases – pode permitir processos de conversão de energia sustentável, pesquisadores na China resumiram o trabalho até agora, incluindo como o campo pode progredir.
Eles publicaram sua revisão em 11 de julho na Nano Research , com foco específico em eletrocatalisadores. Esses materiais desencadeiam, aprimoram ou resolvem as reações químicas e elétricas envolvidas na conversão de energia em formatos armazenáveis ​​ou utilizáveis. Eles geralmente servem como um eletrodo ou como um componente de eletrodo.

"A engenharia de fases é uma estratégia importante para projetar eletrocatalisadores eficientes para essas conversões de energia, porque permite que todos os átomos cataliticamente ativos se reorganizem e formem novas redes", disse o co-autor correspondente Xiaoxin Zou, professor do State Key Laboratory of Inorganic Synthesis and Preparative Chemistry. , Faculdade de Química, Universidade de Jilin. "Isso oferece uma grande oportunidade para manipular racionalmente os átomos para descobrir estruturas estruturais atraentes e alcançar uma melhor eletrocatálise. E embora, nos últimos anos, vários pesquisadores tenham resumido a preparação de nanomateriais com novos arranjos, esta é a primeira revisão sistemática para racionalizar como essas fases influenciar a atividade eletrocatalítica."

Esses vários arranjos atômicos são conhecidos como fases cristalinas. Ao alterar a forma como os átomos estão dispostos na superfície de um material sólido, ou em seu volume, pode-se mudar drasticamente o que o material pode fazer. Zou observou, no entanto, que a superfície é essencialmente uma extensão do volume e não pode existir independentemente, então sua conexão é fundamental para o desenvolvimento de eletrocatalisadores desejáveis ​​e estáveis.

"A lógica subjacente da engenharia de fase está em uma relação íntima entre as propriedades da superfície e da massa de um catalisador", disse Zou. "A engenharia da fase em massa de um catalisador, que influencia diretamente a superfície, é uma estratégia poderosa para projetar catalisadores inteligentes tanto interna quanto externamente."

A estrutura cristalina do bulk determina a estrutura eletrônica do material, sua condutividade e, em grande parte, a composição da camada superficial. Diferentes estruturas cristalinas possuem diferentes características e energias de superfície, levando a diversas morfologias e sítios cataliticamente ativos. Mesmo para catalisadores que sofrem danos significativos na superfície ou reconstrução durante o processo de catálise, disse Zou, a estrutura cristalina inicial do volume influencia fortemente a reconstituição e a estrutura final da superfície.

Nos últimos 20 anos, vários pesquisadores investigaram essa relação, explorando fases eletrocatalíticas não convencionais e como induzir tais transformações. Impulsionados pela demanda por processos sustentáveis ​​de conversão de energia, como fixação de nitrogênio e redução de dióxido de carbono, os pesquisadores avançaram nas técnicas de caracterização, bem como na teoria subjacente ao trabalho experimental.

"Essas coisas tornaram possível entender com precisão e precisão os efeitos das fases cristalinas no desempenho eletrocatalítico", disse Zou. "Então, é hora de resumir a pesquisa relacionada à engenharia de fase que ajuda a desvendar as relações de desempenho de fase e refina a previsão em estudos de eletrocatálise".

Em seguida, Zou e sua equipe recomendam que os pesquisadores busquem quatro áreas principais para avançar ainda mais na engenharia de fase cristalina para pesquisa de catálise.

"Para desenvolver catalisadores competentes para diferentes processos de conversão de energia a partir de um foco de fase, propomos explorar a relação entre a fase cristalina e os níveis de atividade catalítica; combinar a engenharia de fases com outras estratégias de projeto; desvendar os mecanismos de formação e evolução de fases não convencionais; e enriquecer a fase catalítica pesquisa de fases mais fluidas", disse Zou. + Explorar mais

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