전기촉매를 위한 화학적으로 기능화된 귀금속 나노결정

2023년 2월 16일

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전기촉매는 인터페이스가 지배하는 공정으로, 촉매의 활성은 활성 부위의 반응물/중간체/생성물의 흡착/탈착 거동과 크게 관련됩니다. 촉매 설계의 관점에서 볼 때, 귀금속 표면의 화학적 기능화는 필연적으로 반응 과정에 영향을 미치며, 이는 귀금속 나노결정의 전기촉매 성능을 조정하는 효과적인 전략 중 하나로 간주됩니다.

최근 중국 산시사범대학교 유첸(Yu Chen) 교수 연구팀이 귀금속 전기촉매 분야의 논문을 발표했다. 그들의 논문은 폴리아민(PAM) 기능화된 귀금속 나노 전기촉매의 합성 방법과 전기촉매 반응에서의 응용을 요약하고 중국 저널에 게재된 화학적으로 기능화된 귀금속 전기촉매의 연구 진행 상황, 현재 결함, 과제 및 미래 전망을 제시합니다. 촉매작용.

PAM 분자 기능화 귀금속 나노결정의 형성 메커니즘이 먼저 논의됩니다. 저자들은 PAM이 많은 수의 아미노기(-NH2) 및/또는 이미노기(-NH-)를 가지고 있으며, 여기서 질소 원자의 비공유 전자쌍은 강력한 배위 능력을 가지고 있다고 설명합니다. 열수 반응에서 PAM은 PtII, RhIII, PdII 및 AgI와 잘 상호 작용하여 복합체를 형성할 수 있으며, 이는 귀금속 나노 결정의 성장 과정을 열역학적 제어에서 동역학 제어로 변환합니다.

역학적 제어 하에서 귀금속 나노결정의 최종 형상은 더 이상 표면 자유에너지가 최소인 나노구체를 형성하는 경향이 없으며, 반응 조건에 따라 나노큐브, 나노와이어, 나노시트 및 나노네트워크와 같은 다양한 이방성 나노구조가 얻어지게 됩니다.

PAM 기능화된 전기촉매는 일반적으로 향상된 전기 활성을 나타내는 수소 침전 반응(HER) 및 산소 환원 반응(ORR)과 같은 몇 가지 중요한 전기 화학 반응에 적용됩니다. 일반적으로 PAM에 있는 다량의 -NH2 및 -NH-는 양성자화되어 산성 또는 중성 매질에서 -NH3+ 및 -NH2+를 형성하며, 이는 PAM 기능화 귀금속 나노결정의 표면 양성자 농도를 직접적으로 증가시킵니다.

HER 및 ORR과 같은 양성자 결합 전기촉매 반응의 경우 PAM 기능화 귀금속 나노결정은 계면 양성자 농축으로 인해 반응 과전위가 낮고 촉매 효율이 더 높습니다. 또한 촉매 활성 및 선택성에 대한 PAM 기능화(예: 전자 효과, 입체 장애 효과, 그룹 효과)의 효과가 강조됩니다.

마지막으로, 이 유망한 신흥 연구 분야의 단점, 과제 및 전망을 간략하게 요약합니다. 이 작업은 표면/계면 기능화 및 촉매 작용에 대한 더 깊은 관심을 자극하고, 표면/계면 기능화 연구에 대한 투자를 늘리며, 전기촉매와 관련된 미래 재생 에너지 생산 및 환경 기술을 변화시키는 것을 목표로 합니다.

추가 정보: Qi Xue et al, 전기촉매를 위한 화학적 기능화된 귀금속 나노결정, 중국 촉매 저널(2023). DOI: 10.1016/S1872-2067(22)64186-X

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