Une équipe de recherche de l'Université nationale de Taïwan a découvert comment les atomes de métal simples adaptent dynamiquement leur structure et leur configuration électronique lors des réactions électrochimiques, améliorant considérablement l'efficacité du dioxyde de carbone (CO (CO2) conversion.
En utilisant des techniques de rayons X de l'opérando en temps réel, les scientifiques ont suivi la façon dont ces atomes se comportent dans des conditions de travail et ont révélé une signature électronique clé liée à leurs performances catalytiques. L'étude a été publiée dans le Journal de l'American Chemical Society.
L'étude se concentre sur les catalyseurs de transition à transition à transition atomiquement dispersés à la transition, les matériaux qui hébergent des atomes individuels de métaux comme le nickel (NI), le fer (FE) et le manganèse (MN) dans des cadres de carbone dopé à l'azote. Ces catalyseurs sont connus pour leur grande efficacité dans la conversion du CO2 au monoxyde de carbone (CO), une précieuse matière première industrielle pour la production de carburants et de produits chimiques.
Ce qui distingue cette étude, c'est son utilisation de la spectroscopie d'absorption des rayons X à résolution temporelle de l'opérande, qui a permis aux chercheurs d'observer directement les changements dans les structures géométriques et électroniques des catalyseurs lorsque la réaction s'est produite.
Les résultats révèlent qu'un état électronique spécifique – un D à moitié rempliz2 L'orbitale sur l'atome métallique central – est un facteur clé pour une activité catalytique élevée. Cette orbitale permet une liaison optimale avec CO2 Intermédiaires de réaction, conduisant à une production de CO plus rapide et plus sélective.
Parmi tous les catalyseurs testés, le nickel est devenu le plus efficace. Dans des conditions de fonctionnement, les atomes de Ni se sont déplacés dans une configuration carrée-pyramidale, stabilisant le D à moitié rempli souhaitablez2 État. En revanche, les métaux avec D entièrement rempli ou videz2 Les orbitales, comme le cuivre et le zinc, ont montré des performances significativement plus faibles.
Ce travail approfondit non seulement notre compréhension des mécanismes catalytiques à l'échelle atomique, mais montre également la voie vers des systèmes de recyclage de carbone plus efficaces. En identifiant des relations de structure-activité claires, les résultats offrent une feuille de route pour développer des catalyseurs à haute performance et à faible coût pour aider à lutter contre les émissions mondiales de carbone.
« Cette étude fournit la première observation en temps réel de la façon dont les atomes uniques s'adaptent dynamiquement à leur environnement pour améliorer le CO2 Conversion, et il ouvre un nouveau chemin pour concevoir des catalyseurs de nouvelle génération basés sur l'ingénierie au niveau orbital « , a déclaré le professeur Hao-Ming Chen.
