Estudos teóricos previram anteriormente que eles não seriam cataliticamente ativos em processos anódicos. Pesquisadores liderados pelo Prof. Dr. Kai S. Exner, chefe do Departamento de Catálise Teórica e Eletroquímica da Universidade de Duisburg-Essen (UDE), agora refutaram essa teoria usando modelagem multiescala.

Os cientistas descobriram que quando um potencial de eletrodo é aplicado, a superfície do MXene muda para uma estrutura semelhante a uma escova. Átomos de metais não nobres migram para fora e formam as chamadas "estruturas semelhantes a SAC" (single atom catalyst-like). Esses catalisadores mediam duas reações importantes, a saber, as reações de evolução de oxigênio e evolução de cloro.

O resultado é um material cuja superfície tem sítios cataliticamente ativos sem a adição de metais preciosos. "Concluímos que os MXenes se comportam de forma semelhante a enzimas em um ambiente eletroquímico. Ao aplicar um potencial de eletrodo, seus sítios ativos são criados diretamente no processo", explica Exner. A pesquisa é publicada no Journal of the American Chemical Society .

A equipe também foi capaz de mostrar que as estruturas semelhantes a SAC resultantes são seletivas — se água e íons cloreto estiverem no ambiente de reação ao mesmo tempo, apenas cloro gasoso é formado. A formação desse produto químico base é um processo-chave na indústria química , que produz mais de 70 milhões de toneladas de cloro gasoso (Cl 2 ) por ano. O Cl 2 é necessário para a produção de produtos farmacêuticos, plásticos, baterias e para tratamento de água .

Entretanto, quando apenas água está disponível no eletrólito, a superfície ativa do MXene facilita a produção de oxigênio gasoso (O 2 ) por meio da evolução do oxigênio — uma etapa importante na formação de hidrogênio verde em um eletrolisador.

Esta descoberta pode simplificar muito a produção de catalisadores de átomo único. A eliminação de metais preciosos caros também reduz custos e dependências.