Une nouvelle étude a remis en question les catalyseurs conventionnels de la sagesse de la sagesse sur l'oxygène (ORR) en découvrant une nouvelle voie de réaction dans les catalyseurs à atomes uniques métal-nitrogène – nitrogène (M – N – C) (SAC) (SAC). Ces résultats, maintenant publiés dans le Journal de l'American Chemical Societypourrait révolutionner la conception des électrocatalyseurs de nouvelle génération pour les applications d'énergie propre.
Traditionnellement, les catalyseurs ORR optimaux étaient censés suivre le principe sabatier, où la résistance de liaison modérée dans les sites actifs métalliques améliore les performances catalytiques. Cependant, les sacs de liaison faible, tels que Ni – N – C et Cu – N – C, présentent une activité ORR inattendue, contredisant ce principe.
En intégrant un modèle microcinétique dépendant du pH avec une spectroscopie avancée du synchrotron, l'équipe de recherche a découvert que l'adsorption d'oxygène atomique (O *) au site du pont métal-azote – plutôt que le métal conventionnel au sommet du site – est une étape cruciale dans le mécanisme ORR pour Catalyseurs de liaison faible. Cette adsorption modifie les barrières de réaction clés et la mise à l'échelle des relations, offrant de nouvelles perspectives sur leur comportement catalytique exceptionnel.
« Ces résultats redéfinissent non seulement notre compréhension des catalyseurs M – N – C de liaison faible, mais fournissent également une nouvelle orientation stratégique pour la conception du catalyseur », a déclaré Di Zhang, professeur adjoint à l'Institut avancé de recherche sur les matériaux de l'Université Tohoku (WPI-AIMR) . « En tirant parti de nos résultats, nous pouvons optimiser les structures de catalyseur M – N – C de liaison faible pour améliorer les performances dans différents environnements de pH. »
Pour l'avenir, l'équipe de recherche prévoit d'intégrer des champs de force d'apprentissage automatique à des études sur l'exploration de nouvelles voies de réaction pour accélérer la prédiction et la conception d'électrocatalyseurs haute performance.
Les structures de cette recherche ont été mises à disposition via la plate-forme de catalyse numérique (DIGCAT), la plus grande base de données de catalyse expérimentale à ce jour, développée par le laboratoire Hao Li.
