Comparação esquemática de atividade de reação de redução de oxigênio2O Catalisadores poliédricos na matriz CNT. Crédito: Prof. Jyh-Pin Chou
A forma de um cristal pode realmente mudar o desempenho da tecnologia de energia limpa? Um novo estudo diz que sim – decisivamente.
Pesquisadores da Universidade Nacional de Taiwan, da Universidade Nacional de Tsing Hua e da Universidade Nacional de Yang Ming Chiao Tung descobriram que o desempenho de um catalisador amplamente estudado, óxido cupro (CU2O), em oxigênio As reações de redução (ORR) depende muito da face cristalina exposta.
O artigo é publicado no Journal of Supplies Chemistry A.
A redução de oxigênio é uma reação central nas células de combustível, que são dispositivos que convertem energia química em eletricidade. A platina é comumente usada nessa função, mas é cara e limitada em suprimento. Cu2O, uma alternativa mais acessível, agora mostrou um potencial surpreendente – se usado com a forma correta.
A equipe sintetizou CU2O Cristais em três formas distintas: cubos, octaedros e dodecaedros rômbicos. Essas formas expõem diferentes facetas de cristal – {100}, {111} e {110}, respectivamente – e foram uma combinada com nanotubos de carbono para aumentar a condutividade.
Os pesquisadores descobriram que a versão rômbica de dodecaedro, expondo a superfície {110}, entregou a atividade catalítica mais forte para ORR, enquanto o cubo period mais estável ao longo do tempo.
Combinando simulações quânticas avançadas com Experimentos de laboratórioa equipe descobriu que as moléculas de oxigênio se comportam de maneira diferente, dependendo de qual superfície cristalina Eles pousam.
A superfície {110} mostrou a aderência mais fraca sobre o oxigênio, o que ajuda a reação a prosseguir com mais suavemente. Isso correspondeu às previsões da teoria funcional da densidade (DFT) e foi claramente mostrada em diagramas de energia livre e gráficos de vulcão 2D que ligam a força de ligação ao desempenho catalítico.
Imagens SEM de Cu2O (a) cubos, (b) octaedros e (c) dodecaedra rômbico misturados com nanotubos de carbono. (d) Curvas de polarização de LSV normalizadas para o ORR usando diferentes catalisadores. (e) curvas cronoamperométricas para o Cu2Catalisadores O/CNTs medidos a 0,65 V vs. RHE em um o2Solução de 0,1 M de 0,1 M. Diagrama de energia livre para redução de oxigênio no CU2O {100}, {110} e {111} superfícies com (f) u = 0 v e (g) u = 1,23 V. (h) plotagem de vulcão 2D para a reação de redução de oxigênio. O potencial limitante teórico representa a atividade da ORR. Crédito: Prof. Jyh-Pin Chou
No entanto, um melhor desempenho às vezes tem um custo. Verificou-se que os cristais rômbicos de dodecaedro se degradam mais rapidamente durante a operação, possivelmente devido à auto-oxidação. Por outro lado, os cristais em forma de cubo-embora menos reativos-fossem mais robustos ao longo do tempo.
Esta pesquisa não apenas ajuda a explicar por que diferentes facetas têm um desempenho diferente, mas também abre portas para projetar catalisadores de próxima geração e baixo custo, simplesmente controlando as formas cristalinas.
“Ao ajustar a geometria das superfícies de cristal, podemos adaptar sua reatividade e estabilidade, o que é essential para o avanço das tecnologias de energia sustentável”, disse o Prof. Jyh-Pin Chou, da Nationwide Taiwan College.
Mais informações:
Chih-Chun Chang et al, superfícies específicas de Cu2O para reação eletrocatalítica de redução de oxigênio, Journal of Supplies Chemistry A (2025). Doi: 10.1039/d4ta08855g
Fornecido por
Universidade Nacional de Taiwan
Citação: Cristais Cu₂o em forma de precisão desbloqueiam um novo potencial para catalisadores de energia limpa (2025, 18 de abril) recuperados em 19 de abril de 2025 de https://phys.org/information/2025-04-precision-cuo-crystals-potial-energy.html
Este documento está sujeito a direitos autorais. Além de qualquer negociação justa para fins de estudo ou pesquisa specific, nenhuma parte pode ser reproduzida sem a permissão por escrito. O conteúdo é fornecido apenas para fins de informação.
