Esferas huecas de carbono dopadas con N con sitios atómicos aislados de cobalto: electrocatalisadores superiores para...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La reacción de reducción de oxígeno (ORR) es crítica para los dispositivos de conversión de energía.
• Los catalizadores a base de platino son muy eficaces, pero son caros y escasos.
• El desarrollo de catalizadores de metales no preciosos para la ORR en medios ácidos es un desafío importante.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un catalizador de metales no preciosos de bajo costo, ultraestable y altamente eficiente para la reacción de reducción de oxígeno (ORR).
• Investigar un nuevo catalizador con sitios atómicos aislados anclados en esferas huecas de carbono dopadas con N.
• Explorar el potencial de un método de pirólisis asistida por plantilla (TAP) para la síntesis de catalizadores.

Principales métodos:

• Método de pirólisis asistida por plantilla (TAP) para la síntesis de catalizadores
• Caracterización de la estructura y composición del catalizador.
• Prueba electroquímica del rendimiento ORR del catalizador en medios ácidos.
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para comprender el mecanismo catalítico.

Principales resultados:

• Se sintetizó con éxito un catalizador de cobalto único con sitios atómicos aislados anclados en esferas de carbono huecas N-dopadas (ISAS-Co / HNCS).
• El catalizador ISAS-Co/HNCS exhibió un excelente rendimiento de ORR en medios ácidos, con un potencial de media onda cercano al de Pt/C.
• Los experimentos y los cálculos DFT confirmaron que los sitios Co aislados son responsables de la alta actividad ORR al mejorar la hidrogenación OH*.

Conclusiones:

• El método TAP desarrollado es eficaz para crear catalizadores ORR avanzados.
• Los sitios atómicos aislados en esferas de carbono huecas dopadas con N son una estrategia prometedora para electrocatalizadores ORR de alto rendimiento y bajo costo.
• La metodología puede ampliarse para sintetizar otros catalizadores monoatómicos (ISAS-M/HNCS) para el descubrimiento de nuevos materiales catalíticos.