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Un nuovo approccio crea un eccezionale catalizzatore monoseme per la scissione dell’acqua

Per realizzare il nuovo catalizzatore, i ricercatori hanno prima realizzato una struttura porosa per supportare gli atomi di iridio che avrebbero catalizzato la reazione.

Hanno esposto questa struttura simile a una schiuma a una soluzione contenente composti di iridio, l’hanno rapidamente congelata per creare un sottile strato di ghiaccio ricco di iridio sulla superficie ed hanno eseguito un’ulteriore elaborazione per creare siti ben distribuiti in cui i singoli atomi di iridio erano saldamente attaccati a la superficie. superficie di appoggio.

Le osservazioni ai raggi X del catalizzatore in azione hanno rivelato che gli atomi di iridio erano in uno stato chimico che li rendeva eccezionalmente efficienti nello svolgere la parte della reazione di scissione dell’acqua che rilascia ossigeno.

Ulteriori test hanno mostrato che questa attività potenziata era interamente dovuta al fatto che l’iridio era sotto forma di singoli atomi isolati, e non solo alla grande superficie in cui era incorporato.

I ricercatori riferiscono che il catalizzatore risultante è migliore della maggior parte dei catalizzatori a base di iridio conosciuti fino ad oggi. Hanno detto che questo nuovo sistema di stabilizzazione atomica fornisce un modello ideale per sondare e stabilire la connessione tra i catalizzatori e le loro strutture di supporto per una varietà di reazioni elettrocatalitiche.

Yi Cui è ricercatore presso lo Stanford Institute for Materials and Energy Sciences (SIMES) presso SLAC, e Michal Bagdich è ricercatore presso il SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis, l’istituto congiunto SLAC/Stanford dove sono stati eseguiti i calcoli teorici. Le osservazioni a raggi X del catalizzatore sono state eseguite presso la Synchrotron Radiation Advanced Light Source (SSRL) dello SLAC e la Advanced Light Source (ALS) del Lawrence Berkeley National Laboratory, e il lavoro computazionale è stato eseguito presso il National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC); Tutte e tre sono strutture per gli utenti dell’Ufficio delle scienze del Dipartimento di Energia. Anche i ricercatori di The Molecular Foundry del Berkeley Lab e del Materials Measurement Facility presso il National Institute of Standards and Technology hanno contribuito a questo lavoro, finanziato dall’Office of Science del Dipartimento di Energia.

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