Attività di reazione di riduzione dell'ossigeno potenziata e tendenze biperiodiche del lantanide

Feb 12, 2024

27 giugno 2023

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di Zhang Nannan, Accademia cinese delle scienze

Un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Wang Liping presso il Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) dell'Accademia cinese delle scienze ha riportato l'attività potenziata della reazione di riduzione dell'ossigeno (ORR) e le tendenze chimiche biperiodiche del disolfuro di molibdeno drogato con lantanidi (Ln -MoS2). Lo studio è stato pubblicato su Nature Communications.

Il MoS2 ha ampie prospettive di applicazione nella catalisi, nella lubrificazione solida, nell'optoelettronica e in altri campi. Vari lantanidi (Ln), come Sm, Eu, Dy, Ho, Er e Yb, ecc., possono essere drogati in MoS2 per modificarne le proprietà fisico-chimiche.

Riducendo l'O2 in H2O, la riduzione dell'ossigeno superficiale gioca un ruolo fondamentale nelle prestazioni e nella durata dei materiali funzionali, dei rivestimenti e dei dispositivi basati su Ln-MoS2, come l'efficienza delle celle a combustibile e la corrosione galvanica dei dispositivi. L’esplorazione dell’attività ORR sulla superficie di Ln-MoS2 e del suo meccanismo chimico orbitale può fornire indicazioni per la progettazione di applicazioni pratiche, una regolazione precisa delle prestazioni e una protezione efficace dei sistemi Ln-MoS2.

Attraverso calcoli della teoria del funzionale densità, i ricercatori hanno studiato il processo ORR su tutte le 15 superfici Ln-MoS2 (Ln = La ~ Lu).

Il drogaggio di Ln ha migliorato significativamente l'attività ORR sulle superfici Ln-MoS2. Inoltre, è stato osservato un affascinante andamento chimico biperiodico modulante dell'attività ORR.

Inoltre, l'effetto dell'acqua sull'interfaccia libera f/liquido è stato accuratamente simulato sulla base delle statistiche termodinamiche. Sono state eseguite anche simulazioni della curva di polarizzazione potenziale corrente per rivelare quantitativamente l'attività ORR e guidare efficacemente i relativi esperimenti.

Un'analisi approfondita della struttura elettronica ha rivelato che il miglioramento dell'attività ORR può essere attribuito a un meccanismo di accoppiamento stato-difetto, che stabilizza selettivamente gli adsorbati idrossilici e idroperossilici su Ln-MoS2, abbassando così significativamente la barriera energetica ORR.

Inoltre, è stato proposto un generico meccanismo chimico orbitale dei sistemi Ln-MoS2, che aiuta a spiegare le tendenze biperiodiche intrinseche osservate in varie proprietà elettroniche, termodinamiche e cinetiche.

Questo lavoro fa luce sulla progettazione di materiali superiori basati su Ln-MoS2 e relativi sistemi con applicazioni promettenti e prospettive commerciali in elettrocatalizzatori, nanodispositivi optoelettronici e rivestimenti anticorrosione.

Maggiori informazioni: Yu Hao et al, MoS2 drogato con lantanidi con attività di riduzione dell'ossigeno potenziata e tendenze chimiche biperiodiche, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-39100-5

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