11292

كاتاليست‌هاي منفرد اتم: استراتژي‌هاي ساخت و كاربردهاي الكتروشيميايي

1400-1401

دكتر سوسن روشن ضمير

بسياري از تبديلات شيميايي به طور مؤثر با استفاده از كاتاليست همگن و ناهمگن انجام مي‌شود. تفاوت‌هايي بين اين دو نوع كاتاليست وجود دارد، اما مهم‌ترين مزيتي كه كاتاليست‌هاي همگن نسبت به كاتاليست‌هاي ناهمگن دارند، مكان‌هاي فعال يكنواخت آن‌ها است كه امكان واكنش‌هاي انتخابي را فراهم ميكند. با اين حال كاتاليست‌هاي ناهمگن يك مزيت مهم نيز دارند كه جداسازي آسان كاتاليست از سيستم واكنش است. يك كاتاليست ايده‌آل ويژگي‌هاي كاتاليست‌هاي همگن و ناهمگن را همزمان دارد. پيشرفت‌هاي اخير در كاتاليز ناهمگن منجر به مفهوم كاتاليست‌هاي منفرد اتم (SACs) شده است (دسته‌اي از كاتاليست‌ها با اتم‌هاي فلزي جدا شده متصل به پايه). SACها اغلب بسيار واكنش‌پذيرتر هستند و در مقايسه با كاتاليست‌هاي مقياس نانو مي‌توانند گزينش‌پذيري بهتري ارائه دهند. همچنين مانند همه كاتاليست‌هاي ناهمگن، SACها را مي‌توان به راحتي از محصولات واكنش جدا كرد. از ديگر ويژگي‌هاي جذاب SACها مي‌توان به فعاليت بالا و استفاده حداكثري از اتم اشاره كرد؛ كه اين ويژگي‌ها از وضعيت هماهنگي پايين، اثر اندازه كوانتومي، و برهمكنش قوي فلز - پايه ناشي مي‌شوند. به منظور دستيابي به پتانسيل كامل SACها، درك درستي از مكانيسم‌هاي كاتاليستي مورد نياز است. براي رسيدگي به بحران انرژي فسيلي و مشكلات زيست‌محيطي، توسعه باتري‌هاي قابل شارژ فلزي-هواي پيشرفته را بر اساس زوج‌هاي واكنش ردوكس گازها مانند واكنش رهايش هيدروژن (HER)، واكنش رهايش اكسيژن (OER)، واكنش كاهش اكسيژن (ORR)، واكنش كاهش نيتروژن (NRR) و واكنش كاهش مونوكسيد كربن و دي اكسيد كربن (CRR) توجه محققان را به خود جلب كرده است. در واقع تبديل و ذخيره انرژي‌هاي تجديدپذير از طريق اين واكنش‌ها يك رويكرد سبز و پايدار براي توسعه انرژي در آينده ارائه كرده است. با اين حال مانع اصلي براي توسعه بيشتر اين فناوري براي كاربردهاي تجاري، عدم وجود نانوكاتاليست‌هايي با فعاليت بالا و هزينه كم است. همچنان فلزات نجيب بيشترين كاربرد را در تهيه كاتاليست‌ها دارند، در حالي كه هزينه بالاي آن‌ها براي استفاده طولاني مدت در مقياس گسترده، يك مانع بزرگ در توليد كاتاليست است. براي رفع اين مشكل تلاش‌هاي زيادي در جستجوي موادي فراوان و بسيار كارآمد براي جايگزيني فلزات نجيب انجام شده است. محققان با توجه به ويژگي‌هاي منحصر به فرد و فوايد SACها به استفاده از آن‌ها در اين حوزه پرداخته‌اند. در اين گزارش كاتاليست‌هاي منفرد اتم، روش‌هاي سنتز و مشخصه‌يابي آن‌ها در حوزه الكتروشيمي مورد بررسي قرار مي‌گيرد.

10/12/2022 12:00:00 AM

76519

1401/08/09

Single-Atom Catalysts (SACs): Synthetic Strategies and Electrochemical Applications

كاتاليست ناهمگن , كاتاليست منفرد اتمي , الكتروكاتاليست , الكتروشيمي , باتري‌هاي فلز-هوا , پيل سوختي