07.09.2021 - Science China Press

Síntesis química húmeda de electrocatalizadores metálicos bidimensionales

Ante la cada vez más grave crisis energética mundial provocada por el excesivo consumo de combustibles fósiles, es muy conveniente desarrollar tecnologías de conversión de energía limpias, eficientes y sostenibles. La electrocatálisis es uno de los métodos más prometedores para producir energía limpia. Sin embargo, las amplias aplicaciones comerciales de la electrocatálisis se han visto gravemente obstaculizadas por la lenta cinética de las reacciones electroquímicas, así como por el alto coste y la baja estabilidad de los electrocatalizadores. Por lo tanto, el diseño racional y la preparación de electrocatalizadores altamente eficientes y estables se han convertido en una de las direcciones de investigación más populares. Hasta la fecha, los nanomateriales metálicos 2D han sido ampliamente estudiados en electrocatálisis debido a su alta relación superficie-volumen, abundantes sitios activos, alta conductividad y actividades catalíticas intrínsecas superiores.

Como se sabe, es bastante difícil sintetizar nanomateriales metálicos 2D, ya que las nanoestructuras metálicas 2D poseen una energía superficial bastante grande de una faceta específica, lo que es termodinámicamente desfavorable. Sin embargo, los agentes de recubrimiento utilizados en la síntesis química húmeda pueden reducir en gran medida la energía superficial de los nanomateriales y facilitar así el crecimiento a lo largo de la orientación cristalina específica de los nanocristales metálicos. Por lo tanto, la síntesis química por vía húmeda utilizando varios tipos de agentes de recubrimiento se ha convertido en la estrategia más potente para la síntesis controlada de nanomateriales metálicos 2D con diferente morfología, grosor, tamaño y fase cristalina a gran escala.

En un nuevo artículo de revisión publicado en la revista National Science Review, con sede en Pekín, científicos de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong y de la Universidad Tecnológica de Nanyang ofrecen una breve visión general y perspectivas personales sobre los recientes avances en la investigación de la síntesis química húmeda de nanomateriales metálicos 2D para reacciones electrocatalíticas.

La síntesis controlada de nanomateriales metálicos 2D con la composición, el tamaño, el grosor y la fase cristalina deseados es esencial para explorar sus propiedades fisicoquímicas y sus diversas aplicaciones. Los autores introdujeron en primer lugar los métodos típicos de síntesis por vía húmeda para la preparación de nanomateriales metálicos 2D(por ejemplo, metales nobles, metales no nobles y aleaciones bimetálicas), como la síntesis asistida por ligandos, la síntesis asistida por moléculas de gas, la síntesis templada, la síntesis confinada en el espacio, la síntesis de crecimiento sembrado, etc. Dado que los nanomateriales metálicos 2D han despertado un enorme interés de investigación debido a sus méritos estructurales, como la elevada relación superficie-volumen, los sitios activos superficiales abundantemente expuestos y las propiedades electrónicas únicas, resumieron los recientes avances en el uso de los nanomateriales metálicos 2D como electrocatalizadores en diversas reacciones electroquímicas, incluyendo la reacción de evolución de hidrógeno (HER), la reacción de reducción de oxígeno (ORR), la reacción de evolución de oxígeno (OER), la reacción de oxidación de etanol (EOR), la reacción de oxidación de metanol (MOR), la reacción de oxidación de ácido fórmico (FAOR) y la reacción de reducción de dióxido de carbono (CO2RR).

Aunque se han dedicado enormes esfuerzos a la preparación de electrocatalizadores metálicos 2D, todavía quedan muchos retos por resolver. Basándose en los avances de la investigación actual, los autores propusieron algunos retos y posibles direcciones de investigación, incluyendo 1) investigar los mecanismos de formación de los nanomateriales metálicos 2D utilizando caracterizaciones in situ; 2) enriquecer la biblioteca de nanomateriales metálicos 2D; 3) adaptar con precisión las estructuras de los nanomateriales metálicos 2D.

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