Atividade aprimorada de reação de redução de oxigênio e tendências biperiódicas de lantanídeos

Feb 12, 2024

27 de junho de 2023

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por Zhang Nannan, Academia Chinesa de Ciências

Wang Liping do Instituto de Tecnologia e Engenharia de Materiais de Ningbo (NIMTE) da Academia Chinesa de Ciências relatou a atividade aprimorada da reação de redução de oxigênio (ORR) e as tendências químicas biperiódicas do dissulfeto de molibdênio dopado com lantanídeo (Ln -MoS2). O estudo foi publicado na Nature Communications.

O MoS2 tem amplas perspectivas de aplicação em catálise, lubrificação sólida, optoeletrônica e outros campos. Vários lantanídeos (Ln), como Sm, Eu, Dy, Ho, Er e Yb, etc., podem ser dopados em MoS2 para modificar suas propriedades físico-químicas.

Ao reduzir O2 a H2O, a redução do oxigênio na superfície desempenha um papel crítico no desempenho e na vida útil de materiais, revestimentos e dispositivos funcionais baseados em Ln-MoS2, como a eficiência da célula de combustível e a corrosão galvânica do dispositivo. Explorar a atividade ORR na superfície do Ln-MoS2 e seu mecanismo químico orbital pode fornecer orientação para o projeto de aplicação prática, regulação precisa do desempenho e proteção eficaz dos sistemas Ln-MoS2.

Através de cálculos da teoria do funcional da densidade, os pesquisadores investigaram o processo ORR em todas as superfícies de 15 Ln-MoS2 (Ln = La ~ Lu).

A dopagem de Ln melhorou significativamente a atividade ORR nas superfícies Ln-MoS2. Além disso, foi observada uma fascinante tendência química biperiódica moduladora da atividade ORR.

Além disso, o efeito da água na interface f/líquido solto foi simulado com precisão com base nas estatísticas termodinâmicas. Simulações da curva de polarização potencial-corrente também foram realizadas para revelar quantitativamente a atividade ORR e orientar efetivamente os experimentos relacionados.

A análise aprofundada da estrutura eletrônica revelou que o aumento da atividade de ORR pode ser atribuído a um mecanismo de emparelhamento de estado de defeito, que estabiliza seletivamente os adsorbatos de hidroxila e hidroperoxila em Ln-MoS2, reduzindo significativamente a barreira de energia de ORR.

Além disso, foi proposto um mecanismo químico orbital genérico de sistemas Ln-MoS2, que ajuda a explicar as tendências biperiódicas intrínsecas observadas em diversas propriedades eletrônicas, termodinâmicas e cinéticas.

Este trabalho lança luz sobre o projeto de materiais superiores à base de Ln-MoS2 e sistemas relacionados com aplicações promissoras e perspectivas comerciais em eletrocatalisadores, nanodispositivos optoeletrônicos e revestimentos anticorrosivos.

Mais Informações: Yu Hao et al, MoS2 dopado com lantanídeos com atividade aprimorada de redução de oxigênio e tendências químicas biperiódicas, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-39100-5

Informações do diário:Comunicações da Natureza

Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências