Nanocatalizador PtFe altamente duradero y activo para la reacción electroquímica de reducción de oxígeno

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• La creciente demanda de electrocatalizadores eficientes es crucial para la comercialización de las pilas de combustible.
• Los catalizadores existentes a menudo sufren de mala durabilidad y actividad en condiciones de funcionamiento.

Objetivo del estudio:

• Para sintetizar nanopartículas tetragonales (fct) -PtFe ordenadas, altamente duraderas y activas, recubiertas con una cubierta de carbono dopada con nitrógeno.
• Investigar los efectos protectores y de mejora de la actividad de la cubierta de carbono dopada con N sobre las NP de PtFe para aplicaciones de pilas de combustible.

Principales métodos:

• Síntesis de NP fct-PtFe ordenados mediante recocido térmico de NP PtFe recubiertos con polidopamina.
• Formación in situ de una fina capa de carbono dopada con N (por debajo de 1 nm) a partir de un recubrimiento de dopamina para evitar la coalescencia y la disolución de NP.
• Caracterización mediante cálculos in situ de XANES, EDS y de los primeros principios.
• Prueba de estabilidad a largo plazo en el conjunto de electrodos de membrana (MEA).

Principales resultados:

• Se obtienen NP fct-PtFe ordenados altamente duraderos y activos protegidos por una fina cubierta de carbono dopada con N.
• El nanocatalizador exhibió una actividad de masa 11,4 veces mayor y una actividad específica 10,5 veces mayor en comparación con el Pt/C comercial.
• Se ha demostrado estabilidad a largo plazo durante más de 100 horas en MEA sin pérdida significativa de actividad.
• Se confirmó el papel crítico de la estructura fct-PtFe ordenada en la estabilidad del catalizador.

Conclusiones:

• La estrategia de caparazón de carbono con N-dopaje protege efectivamente a los nanocatalizadores de PtFe de tamaño pequeño y ordenado.
• Este enfoque ofrece una ruta simple y eficaz para el desarrollo de electrocatalizadores avanzados para la comercialización de pilas de combustible.