Nowe podejście tworzy wyjątkowy katalizator jednoziarnisty do rozdzielania wody

Aby wytworzyć nowy katalizator, naukowcy najpierw stworzyli porowatą strukturę podtrzymującą atomy irydu, które katalizują reakcję.

Wyeksponowali tę piankowatą strukturę na roztwór zawierający związki irydu, szybko zamrozili ją, aby utworzyć cienką, bogatą w iryd warstwę lodu na powierzchni, i przeprowadzili dodatkowe przetwarzanie, aby stworzyć dobrze rozmieszczone miejsca, w których poszczególne atomy irydu były ciasno przyłączone do powierzchnia. powierzchnia nośna.

Obserwacje rentgenowskie katalizatora w działaniu ujawniły, że atomy irydu były w stanie chemicznym, który czynił je wyjątkowo wydajnymi w przeprowadzaniu części reakcji rozszczepiania wody, która uwalnia tlen.

Dalsze testy wykazały, że ta zwiększona aktywność wynikała wyłącznie z faktu, że iryd miał postać pojedynczych, izolowanych atomów, a nie tylko z dużej powierzchni, na której był osadzony.

Naukowcy donoszą, że powstały katalizator jest lepszy niż większość znanych dotychczas katalizatorów na bazie irydu. Powiedzieli, że ten nowy system stabilizacji atomowej stanowi idealny model do sondowania i ustalania połączenia między katalizatorami i ich strukturami nośnymi dla różnych reakcji elektrokatalitycznych.

Yi Cui jest badaczem w Stanford Institute for Materials and Energy Sciences (SIMES) w SLAC, a Michal Bagdich jest badaczem w SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis, wspólnym instytucie SLAC/Stanford, gdzie przeprowadzono obliczenia teoretyczne. Obserwacje rentgenowskie katalizatora zostały przeprowadzone w SLAC’s Synchrotron Radiation Advanced Light Source (SSRL) i Lawrence Berkeley National Laboratory’s Advanced Light Source (ALS), a prace obliczeniowe wykonano w National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC); Wszystkie trzy są obiektami użytkownika dla Biura Naukowego Departamentu Energii. Wkład w prace wnieśli również naukowcy z The Molecular Foundry w Berkeley Lab oraz Materials Measurement Facility w Narodowym Instytucie Standardów i Technologii, który został sfinansowany przez Biuro Naukowe Departamentu Energii.

Cytat: Xueli Zheng et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, 31 sierpnia 2021 (10.1073/pnas.2101817118)