Activité de réaction de réduction de l’oxygène améliorée et tendances bipériodiques du lanthanide

Feb 12, 2024

27 juin 2023

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par Zhang Nannan, Académie chinoise des sciences

Un groupe de recherche dirigé par le professeur Wang Liping de l'Institut de technologie et d'ingénierie des matériaux de Ningbo (NIMTE) de l'Académie chinoise des sciences a signalé l'activité améliorée de la réaction de réduction de l'oxygène (ORR) et les tendances chimiques bipériodiques du disulfure de molybdène dopé au lanthanide (Ln -MoS2). L'étude a été publiée dans Nature Communications.

Le MoS2 a de larges perspectives d'application dans la catalyse, la lubrification solide, l'optoélectronique et d'autres domaines. Divers lanthanides (Ln), tels que Sm, Eu, Dy, Ho, Er et Yb, etc., peuvent être dopés dans MoS2 pour modifier ses propriétés physico-chimiques.

En réduisant l'O2 en H2O, la réduction de l'oxygène en surface joue un rôle essentiel dans les performances et la durée de vie des matériaux fonctionnels, des revêtements et des dispositifs à base de Ln-MoS2, tels que l'efficacité des piles à combustible et la corrosion galvanique des dispositifs. L'exploration de l'activité ORR à la surface de Ln-MoS2 et de son mécanisme chimique orbital peut fournir des conseils pour la conception d'applications pratiques, une régulation précise des performances et une protection efficace des systèmes Ln-MoS2.

Grâce à des calculs de théorie de la densité fonctionnelle, les chercheurs ont étudié le processus ORR sur toutes les 15 surfaces Ln-MoS2 (Ln = La ~ Lu).

Le dopage de Ln a considérablement amélioré l'activité ORR sur les surfaces Ln-MoS2. De plus, une tendance chimique bipériodique modulatrice fascinante de l’activité ORR a été observée.

De plus, l’effet de l’eau sur l’interface f/liquide libre a été simulé avec précision sur la base des statistiques thermodynamiques. Des simulations de courbes de polarisation courant-potentiel ont également été réalisées pour révéler quantitativement l'activité ORR et guider efficacement les expériences associées.

Une analyse approfondie de la structure électronique a révélé que l'amélioration de l'activité ORR peut être attribuée à un mécanisme d'appariement état-défaut, qui stabilise sélectivement les adsorbats d'hydroxyle et d'hydroperoxyle sur Ln-MoS2, abaissant ainsi considérablement la barrière énergétique ORR.

En outre, un mécanisme chimique orbital générique des systèmes Ln-MoS2 a été proposé, ce qui contribue à expliquer les tendances bipériodiques intrinsèques observées dans diverses propriétés électroniques, thermodynamiques et cinétiques.

Ces travaux mettent en lumière la conception de matériaux supérieurs à base de Ln-MoS2 et de systèmes associés avec des applications et des perspectives commerciales prometteuses dans les électrocatalyseurs, les nanodispositifs optoélectroniques et les revêtements anticorrosion.

Plus d'information: Yu Hao et al, MoS2 dopé au lanthanide avec une activité améliorée de réduction de l'oxygène et des tendances chimiques bipériodiques, Nature Communications (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-39100-5

Informations sur la revue :Communications naturelles

Fourni par l'Académie chinoise des sciences