Electrocatalizadores de reducción de oxígeno autoportantes hechos de un polímero de red rico en nitrógeno

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La electroquímica es electroquímica.
• La catálisis es la catálisis.

Sus antecedentes:

• El desarrollo de catalizadores eficientes y rentables es crucial para las aplicaciones electroquímicas.
• Los catalizadores de metales no preciosos son muy buscados como alternativas a los metales del grupo del platino.
• Los polímeros de red ofrecen propiedades estructurales y químicas únicas para el diseño de catalizadores.

Objetivo del estudio:

• Para sintetizar y evaluar un nuevo polímero de red rico en nitrógeno como catalizador de metales no preciosos.
• Para investigar la actividad de la reacción de reducción de oxígeno (ORR, por sus siglas en inglés) de un polímero pirolizado Co-/Fe-coordinador.
• Para evaluar el rendimiento del catalizador desarrollado en una pila de combustible microbiana (MFC).

Principales métodos:

• Síntesis de un polímero de red rico en nitrógeno utilizando 2,6-diaminopiridina como monómero.
• Pirólisis del polímero para crear sitios de coordinación de metales.
• Evaluación electroquímica del catalizador para la reacción de reducción de oxígeno (ORR) en medio neutro.
• Fabricación y ensayo de una pila de combustible microbiana (MFC) con el catalizador en el cátodo.

Principales resultados:

• El polímero pirolizado Co-/Fe-coordinador demostró una alta actividad específica de reducción de oxígeno (potencial de inicio: 0.87 V vs RHE, potencial de media onda: 0.76 V vs RHE).
• El catalizador no mostró ningún efecto cruzado de los compuestos orgánicos en su actividad en medios neutros.
• Un MFC equipado con este catalizador logró más del doble de la potencia de salida en comparación con un catalizador comercial de 20 wt % Pt/C.

Conclusiones:

• El polímero de red rico en nitrógeno desarrollado es un catalizador de metales no preciosos altamente efectivo para ORR.
• Este nuevo catalizador ofrece una alternativa prometedora y rentable al platino para aplicaciones como las pilas de combustible microbianas.
• La estructura única del polímero proporciona abundantes sitios de coordinación de metales, mejorando la actividad catalítica y la estabilidad.