Nuevo mecanismo para la reacción de evolución de oxígeno en doble

10 de agosto de 2023

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por Liu Jia, Academia China de Ciencias

Los catalizadores de clúster atómicamente precisos cierran la brecha entre la catálisis homogénea y heterogénea, facilitando la elucidación integral de las relaciones estructura-actividad en los procesos catalíticos. Sin embargo, los efectos sinérgicos entre sitios activos no únicos en nanoclusters metálicos apenas se exploran.

En un estudio publicado en Nature Communications, un equipo de investigación dirigido por el Prof. Sun Xiaoyan del Instituto Qingdao de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos (QIBEBT) de la Academia China de Ciencias (CAS) proporcionó conocimientos mecanicistas fundamentales sobre el papel del acoplamiento de oxígeno entre dos sitios activos durante la reacción de evolución de oxígeno (REA).

En el mecanismo REA convencional que se lleva a cabo en un solo sitio activo, el rendimiento electroquímico depende en gran medida de la relación de escala entre las energías de adsorción de los intermedios oxigenados. Por lo tanto, el cuello de botella del sobrepotencial teórico más bajo de 0,37 V es difícil de superar.

Inspirándose en el mecanismo de la red de oxígeno, el equipo de investigación investigó sistemáticamente la viabilidad del mecanismo de acoplamiento *O-*O (OCM) para mejorar el rendimiento a través de la teoría funcional de densidad (DFT) de alto rendimiento mediante el uso de átomos duales soportados por grafeno dopado con N como un catalizador modelo, que puede desviarse de la relación de escala del mecanismo convencional y, en consecuencia, superar el cuello de botella de 0,37 V.

"Los hallazgos no sólo proporcionan información fundamental sobre el sitio activo no único de los catalizadores en grupo para mejorar el rendimiento de la reacción, sino que también ayudan a proporcionar directrices teóricas para el diseño racional de otros catalizadores de reacción electroquímica además de los REA", afirmó el profesor Sun.

Además, el equipo de investigación logró predecir con eficiencia y precisión catalizadores homonucleares de doble átomo de alto rendimiento mediante descriptores de actividad diseñados racionalmente. El equipo también ilustró las condiciones para la incidencia de OCM, así como el rendimiento de los REA del método de potencial constante.

"Esta es la primera vez que se emplea DFT de alto rendimiento para proporcionar información y comprensión de OCM no convencional", dijo el profesor Ding Yuxiao, otro autor correspondiente de este estudio. "No sólo eso, un método computacional más sofisticado permite predicciones que se acercan más a las condiciones electroquímicas reales".

Más información: Cong Fang et al, Sinergia de catalizadores de dos átomos desviados de la relación de escala para la reacción de evolución de oxígeno, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-40177-1

Información de la revista:Comunicaciones de la naturaleza

Proporcionado por la Academia China de Ciencias