Un nanocatalizador similar al loto mejora la reacción de EGOR

Un nanocatalizador similar al loto mejora la reacción de EGOR


En un estudio publicado en el Chemical Engineering Journal, se desarrollaron nanoláminas de PdCu (NS) tridimensionales, extremadamente delgadas y en forma de loto con capacidades fotoelectrocatalíticas mejoradas adecuadas para celdas de combustible líquido.

Un nanocatalizador similar al loto mejora la reacción de EGOR​​​​​

Estudio: Oxidación avanzada de etilenglicol impulsada por plasmones sobre nanoláminas de PdCu 3D ultrafinas similares a lotos. Fuente de la imagen: jaboo2foto/Shutterstock.com

Hacia el mejor enfoque de la electrocatálisis

Las celdas de combustible de alcohol directo (DAFC) son dispositivos de conversión de energía extremadamente efectivos que tienen amplios suministros, buen almacenamiento de energía y toxicidad mínima.

Se han desplegado DAFC para aliviar la persistente escasez de energía; Sin embargo, la cinética lenta de los procesos de oxidación del ánodo reduce su atractivo.

Debido a la mayor utilización atómica del metal noble Pd, las nanopartículas basadas en Pd y Pd se han explorado como excelentes materiales electrocatalíticos para mejorar las reacciones de oxidación del alcohol (AOR).

A pesar de esto, algunos intermedios como el COdemandarse adsorben rápidamente en el exterior de los electrocatalizadores basados ​​en paladio, lo que provoca un deterioro drástico de la actividad catalítica.

Se han realizado numerosos esfuerzos para descubrir electrocatalizadores confiables con alto rendimiento y estabilidad. La luz del sol se ha combinado recientemente con dispositivos de conversión de energía para ayudar en la conversión de energía química en energía eléctrica.

Para mejorar la oxidación del alcohol, es crucial construir catalizadores basados ​​en Pd que sean muy sensibles a la luz visible. De hecho, la integración de la luz solar con la electrocatálisis crea fotoelectrocatalizadores extraordinarios que capturan la energía solar para impulsar los AOR.

Cómo el efecto SPR amplifica los AOR de Pd

Los fotocatalizadores más comúnmente utilizados en la literatura existente son esencialmente sustancias semiconductoras con espacios de banda pequeños, aunque varios metales de plasma (principalmente Au y Ag) también muestran una notable capacidad de respuesta fotovoltaica debido a su característico fenómeno de resonancia de plasmones superficiales (SPR).

SPR es la vibración acumulada de electrones externos generados cuando la frecuencia de vibración de los fotoelectrones se sincroniza con los electrones en la superficie del metal noble.

El decaimiento radiativo, que es una vía clave de la disipación de energía SPR, produce electrones calientes, que en su mayoría se transfieren a los receptores de electrones circundantes y se utilizan en procesos químicos posteriores.

Usando este mismo principio, la aleación de Pd con metales de plasma puede transferir múltiples electrones calentados a Pd, modificando su marco electrónico y aumentando su capacidad para oxidar alcoholes.

El cobre es una alternativa adecuada al oro y la plata.

En estudios similares anteriores, se ha demostrado que el oro (Au) y la plata (Ag) exhiben una excelente respuesta fotoeléctrica a los AOR, pero su uso generalizado se ve obstaculizado por su alto precio y recursos limitados.

En cambio, debido al prominente fenómeno SPR, se descubrió que el cobre (Cu), un metal en la región de Au y Ag, exhibe un comportamiento similar a su respuesta fotoeléctrica a los AOR. Además, debido a su efecto sinérgico, el Cu muestra una excelente promoción de la catálisis en la aleación de PdCu y la favorable tendencia a la adsorción del COdemandar en nanoestructuras de Cu es beneficioso para mejorar la capacidad anti-envenenamiento de Pd.

Factores que afectan el efecto SPR

Estudios recientes han demostrado que la forma de las nanopartículas tiene un impacto significativo en la SPR de los metales del plasma.

Debido a su alto orden y estabilidad, las estructuras 3D generadas por el autoensamblaje de nanoláminas 2D extremadamente delgadas pueden abrir numerosos sitios activos y proporcionar extensas vías de dispersión de masa/electrones, demostrando así ser nanomateriales atractivos en electrocatálisis. Además, el efecto SPR está fuertemente influenciado por la composición química de los nanomateriales, que determina la cantidad de sitios catalíticamente activos.

Hallazgos importantes

En este estudio, se fabricó con éxito una serie de nanoláminas de PdCu con una composición química controlada utilizando un enfoque simple de co-reducción. El proceso de crecimiento se descubrió mediante ensayos de seguimiento temporal y los estudios de contraste posteriores revelaron las condiciones de reacción ideales para un control estructural preciso.

Los estudios electroquímicos demostraron a EGOR la ​​mejor capacidad electrocatalítica de los productos. Las nanoláminas de PdCu-2 mostraron una actividad de masa y una actividad específica significativamente mejoradas, así como una estabilidad máxima a largo plazo debido a la arquitectura de nanoláminas 3D extremadamente delgada, la composición química adaptada y el marco electrónico modificado de Pd.

Más notablemente, la capacidad de respuesta fotoeléctrica de las nanoláminas de PdCu-2 personalizadas mejoró enormemente bajo iluminación de luz visible debido al notable fenómeno SPR de Cu. Esta investigación desarrolló fotoelectrocatalizadores impulsados ​​por plasmones mejorados para EGOR, que podrían proporcionar una técnica sencilla para diseñar posibles materiales fotoelectrocatalíticos para DAFC.

referencia

Zhang K, Wang C, You H, Zou B, Guo S, Li S y Du Y (2022). Oxidación avanzada de etilenglicol impulsada por plasmones sobre nanoláminas de PdCu 3D ultrafinas similares a lotos. Revista de ingeniería de procesos. Disponible en: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722011664?via%3Dihub

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