Les technologies à base d'hydrogène deviennent de plus en plus un sujet car des sources d'énergie renouvelables et propres sont souhaitées. Une vision controversée dans ce monde est que l'énergie de liaison à l'hydrogène n'est peut-être plus la première voie à suivre.
La pensée conventionnelle soutient que le site métallique dans les catalyseurs à atomes uniques (SAC) a été un facteur limitant à l'amélioration continue de la conception et, par conséquent, l'amélioration continue de la capacité de ces SAC. Plus précisément, le manque de réflexion extérieure en matière de réflexion en ce qui concerne la réaction cruciale de l'évolution de l'hydrogène (elle), une demi-réaction entraînant le fractionnement de l'eau, a contribué à un manque d'avancement dans ce domaine.
De nouvelles recherches mettent l'accent sur l'importance de repousser les limites de la conception du site métallique dans les SAC pour optimiser l'HA et sur les effets d'empoisonnement de Ho * et O * qui pourraient affecter la réaction. Toutes ces améliorations pourraient conduire à une amélioration des performances de la réaction, ce qui peut rendre le stockage d'énergie durable ou la production d'hydrogène plus disponible.
Ces résultats ont été publiés dans Édition internationale d'Angewandte Chemie en mars 2025.
Les catalyseurs à atomes simples (SAC) sont des sites métalliques catalytiquement actifs qui sont distribués atomiquement pour soutenir une activité catalytique améliorée, ce qui améliore la vitesse qu'une réaction peut se produire sans modifier définitivement les composants réels qui doivent faire la réaction. L'empoisonnement du radical hydroxyle (HO *) et du radical d'oxygène (O *) peut altérer les molécules et dégrader les performances de la réaction. D'un autre côté, les sites où les molécules d'hydrogène ne s'accumulent pas facilement peuvent conduire à un effet améliorant du catalyseur.
« Nos résultats révèlent que l'empoisonnement ho *, les forces d'adsorption réalistes sur les sites métalliques actifs, et le potentiel de son activité à la coordination des N-Sites sont des facteurs cruciaux qui devraient être pris en compte pour un développement précis descripteur », a déclaré Hao Li, auteur et chercheur de l'étude.
En modifiant efficacement ces facteurs, des catalyseurs plus efficaces peuvent être développés pour améliorer son activité tout en ne s'appuyant pas sur la conception conventionnelle des sites de liaison aux métaux comme carbone métal-azote, ce qui peut facilement conduire aux effets d'empoisonnement susmentionnés.
Les chercheurs ont découvert que le calcul de l'énergie de liaison à l'hydrogène (HBE) sous une représentation réaliste des molécules accumulées (adsorption) peut servir de bon prédicteur de son activité.
Dans les expériences théoriques et réelles où un site métallique a été empoisonné, un atome d'azote voisin peut effectuer le devoir d'un site actif et d'une activité catalytique hôte. Cela annule l'effet d'empoisonnement en fournissant un « alternatif » où le catalyseur peut agir et poursuivre la réaction.
Le travail effectué par cette équipe de chercheurs met pour reposer le débat durable sur ses descripteurs, ou paramètres qui aideraient théoriquement à prédire les capacités catalytiques des matériaux souhaités pour la réaction.
De plus, la combinaison de l'utilisation de l'énergie libre de HBE et Gibbs (la prédiction de la question de savoir si une réaction se produira spontanément) car les descripteurs pour SACS fournissent de nouvelles directives pour ceux qui travaillent avec cette conception de catalyseur, tout en aidant à propulser de nouvelles méthodes à se débarrasser des limitations conventionnelles en utilisant uniquement de l'énergie de liaison à l'hydrogène comme descripteur solo.
« Grâce à la conception de ce modèle avancé, nous visons à aborder davantage les limites de l'empoisonnement HO et à développer de nouveaux catalyseurs à atomes uniques et à double atome pour différentes conditions de pH, en particulier dans les environnements alcalins », a déclaré Hitoshi Shiku, auteur et chercheur contribuant à cette étude.
Le laboratoire Hao Li a développé la plus grande base de données de catalyseurs expérimentaux à ce jour via la plate-forme de catalyse numérique, où les données clés et les structures de calcul de cette étude sont disponibles à la vue.
