Carburo de capa de Fe para la reducción selectiva de oxígeno a peróxido de hidrógeno: seguimiento de la evolución de...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• Los materiales bidimensionales de carburo de molibdeno (MXene) se exploran para la electrocatálisis.
• Comprender la fase activa en los electrocatalizadores basados en MXene es crucial para la optimización del rendimiento.
• El dopaje de un solo sitio atómico ofrece una vía para mejorar las propiedades catalíticas.

Objetivo del estudio:

• Investigar la actividad electrocatalítica, la estabilidad y la fase activa del carburo de molibdeno bidimensional con sitios de hierro monoatómico (Mo2C:Fe) para la reacción de reducción de oxígeno (ORR).
• Para aclarar las transformaciones estructurales y químicas de Mo2C:Fe durante la catálisis ORR.
• Desafiar las nociones existentes con respecto a la actividad intrínseca de las fases de MXeno en la electrocatálisis del oxígeno.

Principales métodos:

• Espectroscopia de absorción de rayos X (XAS) para confirmar la incorporación de sitios de hierro monoatómico en la red de Mo2C.
• Prueba electrocatalítica del Mo2C:Fe para la reacción de reducción de oxígeno (ORR).
• Análisis postcatálisis del material del electrodo para identificar las especies activas.

Principales resultados:

• Los sitios de hierro monoatómico se incorporaron con éxito a la red de Mo2C, sustituyendo átomos de molibdeno sin formar otras fases de hierro.
• Mo2C:Fe exhibió una alta actividad catalítica y selectividad para la reducción de oxígeno a peróxido de hidrógeno.
• Se observó la transformación in situ de Mo2C:Fe en un marco de carbono grafítico con especies dispersas de oxihidróxido de hierro (ferrihidrita, Fh) (Fh/C), siendo Fh/C la especie activa real.

Conclusiones:

• La fase activa para la catálisis ORR utilizando Mo2C:Fe no es el MXeno nativo, sino más bien las especies de oxihidróxido de hierro/carbono formadas in situ.
• Este estudio pone de relieve el papel de los carburos metálicos 2D como precursores de los electrocatalizadores basados en carbono activo.
• Los hallazgos hacen hincapié en la importancia de considerar las vías de evolución de MXene en la electrocatálisis.