Nuovo meccanismo per la reazione di evoluzione dell'ossigeno su dual

10 agosto 2023

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di Liu Jia, Accademia Cinese delle Scienze

I catalizzatori a cluster atomicamente precisi colmano il divario tra catalisi omogenea ed eterogenea, facilitando la delucidazione completa delle relazioni struttura-attività nei processi catalitici. Tuttavia, gli effetti sinergici tra siti attivi non singoli nei nanocluster metallici sono scarsamente esplorati.

In uno studio pubblicato su Nature Communications, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Sun Xiaoyan dell'Istituto di bioenergia e tecnologia dei bioprocessi di Qingdao (QIBEBT) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) ha fornito intuizioni meccanicistiche cruciali sul ruolo dell'accoppiamento dell'ossigeno tra duali siti attivi durante la reazione di evoluzione dell'ossigeno (OER).

Nel meccanismo OER convenzionale effettuato in un singolo sito attivo, le prestazioni elettrochimiche dipendono fortemente dalla relazione di scala tra le energie di adsorbimento degli intermedi ossigenati. Pertanto, il collo di bottiglia della minima sovratensione teorica di 0,37 V è difficile da superare.

Ispirandosi al meccanismo dell'ossigeno reticolare, il gruppo di ricerca ha studiato sistematicamente la fattibilità del meccanismo di accoppiamento *O-*O (OCM) per migliorare le prestazioni attraverso la teoria funzionale della densità ad alto rendimento (DFT) utilizzando il doppio atomo supportato dal grafene drogato con N come un catalizzatore modello, che può deviare dal rapporto di scala del meccanismo convenzionale e quindi superare il collo di bottiglia di 0,37 V.

"I risultati non solo forniscono approfondimenti fondamentali sul sito attivo non singolo dei catalizzatori a cluster per migliorare le prestazioni della reazione, ma aiutano anche a fornire linee guida teoriche per la progettazione razionale di altri catalizzatori di reazione elettrochimica oltre all'OER", ha affermato il prof. Sun.

Il gruppo di ricerca è inoltre riuscito, con efficienza e accuratezza, a prevedere catalizzatori omonucleari a doppio atomo ad alte prestazioni per mezzo di descrittori di attività progettati razionalmente. Il team ha inoltre illustrato le condizioni per l'incidenza dell'OCM nonché le prestazioni OER del metodo a potenziale costante.

"Questa è la prima volta che la DFT ad alto rendimento viene impiegata per fornire informazioni e comprensione sull'OCM non convenzionale", ha affermato il Prof. Ding Yuxiao, un altro autore corrispondente a questo studio. "Non solo, un metodo computazionale più sofisticato consente previsioni più vicine alle condizioni elettrochimiche reali."

Maggiori informazioni: Cong Fang et al, La sinergia dei catalizzatori a doppio atomo deviava dalla relazione di ridimensionamento per la reazione di evoluzione dell'ossigeno, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-40177-1

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