Mejora de la actividad electrocatalítica del oxígeno de los catalizadores Fe-N-C mediante la incorporación de fósforo

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los materiales de carbono grafítico dopados con nitrógeno con hierro monoatómico (Fe-N-C) son catalizadores clave para la reacción de reducción de oxígeno (ORR).
• Estos materiales Fe-N-C presentan un bajo rendimiento en la reacción de evolución del oxígeno (OER) debido al acoplamiento lento de O-O, lo que limita su uso en baterías recargables de zinc-aire.

Objetivo del estudio:

• Mejorar la actividad de la reacción de evolución del oxígeno (OER) de los catalizadores Fe-N-C.
• Desarrollar electrocatalizadores bifuncionales avanzados para baterías recargables de zinc-aire.

Principales métodos:

• Incorporación de átomos de fósforo en la segunda esfera de coordinación de los catalizadores Fe-N-C, creando materiales P/Fe-N-C.
• Caracterización electroquímica en 0,1 M KOH.
• Los primeros cálculos de la teoría funcional de la densidad.

Principales resultados:

• El material P/Fe-N-C demostró una excelente actividad OER con un bajo sobrepotencial de 304 mV a 10 mA cm-2.
• Se logró una brecha potencial de reacción de reducción de oxígeno / reacción de evolución de oxígeno (ORR / OER) notablemente pequeña de 0,63 V.
• Los cálculos teóricos indicaron que el fósforo equilibra la adsorción *OOH/*O en los sitios de FeN4, aumentando la actividad catalítica.
• El cátodo P/Fe-N-C en una batería recargable de Zn-aire proporcionaba una alta densidad de potencia pico de 269 mW cm-2.

Conclusiones:

• La incorporación del fósforo en la segunda esfera de coordinación es una estrategia eficaz para impulsar la actividad de los REA en los catalizadores de Fe-N-C.
• El material P/Fe-N-C se muestra prometedor como un electrocatalizador de oxígeno bifuncional de última generación para baterías recargables de zinc-aire.