Nanofolhas metálicas se enrolam em nanovesículas

Inspirados pela estrutura da membrana celular, pesquisadores, liderados pelo Dr. Xiaoqing Huang (Laboratório Estadual de Físico-Química de Superfícies Sólidas, Faculdade de Química e Engenharia Química, Universidade de Xiamen) e Dr. Qi Shao (Faculdade de Química e Engenharia Química e Ciência dos Materiais, Universidade de Soochow), propõem uma estratégia biomimética para a síntese de nanovesículas utilizando a tensão interfacial como força motriz para enrolar as nanofolhas ultrafinas em nanovesículas.

Enquanto isso, o eletrocatalisador com estrutura vesicular exibe excelente atividade e estabilidade de HOR.

Para estudar o mecanismo de formação de nanovesículas de RhRu, morfologias e composições dos intermediários de reação foram inicialmente coletadas usando microscopia eletrônica de transmissão (MET), análise de varredura de campo escuro anular de alto ângulo (HAADF-STEM) e análise de espectroscopia de raios X de dispersão de energia (MET-EDS), respectivamente.

Foi descoberto que as pequenas nanofolhas de Rh puro foram formadas no estágio inicial; então, as pequenas nanofolhas cresceram gradualmente ao longo da direção lateral.

Conforme o tempo de reação passava, o elemento Ru foi gradualmente reduzido e a nanofolha começou a se dobrar para formar uma estrutura em forma de tigela. Prolongando o tempo de reação, a estrutura em forma de tigela gradualmente formou uma estrutura de vesícula.

Os pesquisadores concluem que a introdução de átomos de Ru desempenha um papel crítico no crescimento de ondulação da estrutura da nanofolha. Enquanto isso, os cálculos da teoria funcional da densidade (DFT) revelam que os átomos de Ru tornam a ondulação da nanofolha mais favorável na termodinâmica.

Devido à estrutura vesicular única, as nanovesículas RhRu/C apresentam excelente atividade e estabilidade na reação de oxidação de hidrogênio (HOR).

A atividade de massa das nanovesículas de RhRu/C em um sobrepotencial de 50 mV é de 7,50 A mg_(Rh+Ru)^-1que é 24,19 vezes maior que o de Pt/C (0,31 A mg_Pt^-1). Além disso, o conjunto de nanovesículas de RhRu/eletrodo de membrana baseado em C (MEA) exibe uma alta densidade de potência de pico (PPD) de 1,62 W cm^-2possuindo uma aplicação potencial em células de combustível de membrana de troca de hidróxido (HEMFC).

Este trabalho mostra que é viável projetar novas estruturas pela estratégia biomimética, o que pode atrair rápida atenção na síntese biomimética.

A pesquisa foi publicada na revista Revista Nacional de Ciências.