Método de choque térmico rápido atinge dispersão uniforme de nanopartículas metálicas em suportes de carbono

A redução eletrocatalítica do dióxido de carbono em produtos químicos e combustíveis de alto valor oferece uma estratégia promissora para abordar a crise energética global e o agravamento dos problemas ambientais. No entanto, a alta estabilidade termodinâmica do CO₂ moléculas, reações competitivas de evolução de hidrogênio e a complexidade dos produtos representam desafios significativos. Portanto, a seleção e o design de eletrocatalisadores são cruciais para melhorar a seletividade do produto e a eficiência energética.

Em um estudo publicado na revista Química Física Matériauma equipe de pesquisadores da China introduziu uma nova abordagem: o método de síntese por aquecimento rápido de Joule que garante a dispersão uniforme de nanopartículas metálicas (NPs) em suportes de carbono e melhora a condutividade eletrônica dos catalisadores.

As nanopartículas funcionais dispersas em carbono condutor oferecem benefícios substanciais para melhorar a eficiência e a seletividade do CO₂ redução. Os suportes de carbono facilitam a transferência eficiente de elétrons e calor, ao mesmo tempo em que dispersam e estabilizam NPs para evitar agregação. No entanto, durante a síntese de carbonização, as nanopartículas metálicas frequentemente se agregam para reduzir sua energia de superfície, levando a uma perda de área ativa e desativação catalítica.

Por meio do tratamento rápido de choque térmico, os pesquisadores alcançaram uma dispersão uniforme de nanopartículas metálicas em um substrato de carbono (M-PANI-T). A curta duração do choque térmico inibiu a migração de átomos metálicos, e defeitos no carbono gerados pela pirólise desempenharam um papel crucial na ancoragem de nanopartículas metálicas. Ao ajustar o tempo de tratamento para temperaturas variáveis, os pesquisadores exploraram o impacto no desempenho catalítico. Os testes eletroquímicos revelaram que o desempenho do catalisador depende tanto dos sítios ativos do metal quanto dos suportes de carbono, em vez de apenas de fatores individuais.

De acordo com Jintao Zhang, pesquisador sênior do estudo, esse avanço no campo de nanopartículas funcionais preparadas em substratos de carbono demonstra que o método de choque de aquecimento por joule tem boa universalidade e excelente atividade eletrocatalítica. Esse método pode ser usado para preparar vários catalisadores para nanopartículas metálicas suportadas por carbono, reduzindo significativamente o tempo e os custos de matéria-prima, ao mesmo tempo em que fornece insights teóricos valiosos para o futuro design de catalisadores.