Single-atom katalysatoren (SAC's) zijn veelbelovend in elektrokatalyseprocessen vanwege hun maximale gebruik van actieve soorten.

Echter, manipulatie van deze actieve sites op atomaire schaal om aan specifieke reacties te voldoen, is nog steeds een essentieel knelpunt vanwege hun isolatiekenmerken.

Prof. Liu Jian van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen en zijn medewerkers stelden een nano-opsluitingsstrategie voor om meerdere Fe- en Cu-enkele atomen te huisvesten in de extreem smalle maar regelmatige oppervlakteholten van grafietkoolstofnitride om vormen "sub-nanometerreactoren".

De studie is gepubliceerd in Geavanceerde materialen op 2 september

"Deze Fe- en Cu-atomen, zeer beperkt in de sub-nanometer reactoren, zorgen niet alleen voor een sterkere interactie met de reactanten, maar ook, belangrijker, leiden tot een aanzienlijk synergetisch effect vanwege hun unieke micro-omgevingen in deze extreem smalle ruimte, wat zeer gunstig is voor katalyse, vooral de tandemprocessen zoals de stikstofreductiereactie, " zei Prof. Liang Ji van de Tianjin Universiteit, een co-auteur van de studie.

"Dit is de eerste keer dat we de nanoreactoren met succes en conceptueel naar een veel kleinere dimensie duwen om sub-nanometerreactoren te vormen, die duidelijk andere eigenschappen heeft dan de conventionele nanoreactoren, " toegevoegd door Prof. Liu.

"Eerste principesimulatie onthult dat dit synergetische effect afkomstig is van de unieke Fe-Cu-coördinatie, die effectief wijzigt N ₂ absorptie, verbetert de elektronenoverdracht, en biedt extra redoxkoppels voor stikstofreductiereactie, " zei Prof. Sun Chenghua van de Swinburne University of Technology, een andere co-auteur van de studie.

De onderzoekers ontdekten dat deze significante synergie, veroorzaakt door de meerdere opgesloten atomen, leidde tot een significante prestatieverbetering voor het elektrokatalytische modelproces, de stikstofreductiereactie (NRR).

Er zijn verbeteringen bereikt in termen van hoge ammoniakopbrengst en efficiëntie die veel hoger zijn in vergelijking met de monometalen tegenhangers.

Dit concept van het bouwen van sub-nanometerreactoren biedt niet alleen een nieuwe strategie voor het manipuleren van actieve centra van katalysatoren op subnanometerschaal, maar werpt ook licht op het ontwerp van nieuwe katalysatoren met een nauwkeurige ruimtelijke locatie op sub-nanometerschaal voor een breed spectrum van katalytische reacties.