Het nauwkeurig reguleren van de elektronische structuren van metaalactieve soorten is zeer wenselijk voor elektrokatalyse. Op koolstof gebaseerde substraten met inert oppervlak zorgen voor een zwakke metaal-ondersteuningsinteractie en zijn dus niet in staat om hun elektronische structuren effectief te moduleren.

Onlangs, een groep onder leiding van Prof. Liu Jian van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen, in samenwerking met Prof. Zhou Si van Dalian University of Technology en Prof. Liang Ji van Tianjin University, gebruikte enkele atomen om het koolstofsubstraat te modificeren om de interactie tussen substraat en ondersteunde metalen nanodeeltjes te verbeteren. De methode zou de elektronische structuren van metalen nanodeeltjes precies kunnen afstemmen.

Deze studie is gepubliceerd in Internationale editie van Angewandte Chemie op 8 mei.

De onderzoekers verspreidden enkele Co-atomen op koolstofsubstraat om de interactie tussen substraat en de ruthenium (Ru) nanoreactor te verbeteren, waarmee de elektronische toestanden van Ru-nanodeeltjes op afstand konden worden geregeld, en daardoor hun elektrokatalytische activiteit af te stemmen.

Ze namen waterstofevolutiereactie (HER) als een modelreactie, de met kobalt gedoteerde, op koolstof ondersteunde Ru-nanoreactor met één atoom vertoonde ultrahoge katalytische activiteit en stabiliteit.

Theoretische berekeningen toonden aan dat decoratie van zuurstofhoudend grafeen door enkele metaalatomen de herverdeling van elektronen op het koolstofoppervlak induceerde. De koolstofatomen rond de enkele atomen waren elektronenarm, die de elektronenoverdracht van Ru-nanodeeltjes naar het koolstofsubstraat verbeterde, en daardoor het bindingsvermogen van Ru-nanoreactor en zijn HER-prestaties geoptimaliseerd.

"Dit werk realiseert de efficiënte productie van groene waterstof met behulp van niet-Pt-elektrokatalysatoren en biedt een nieuwe strategie om het katalytische gedrag van koolstofondersteunde metalen nanokatalysatoren op een flexibelere en niet-destructieve manier te sturen, " zei prof. Liu.