Eficiencia de la célula de combustible de membrana de intercambio de protones de los sitios atómicos de Fe a través...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) requieren catalizadores eficientes para la reacción de reducción de oxígeno (ORR).
• La hibridación orbital en metales de transición es crucial para ajustar las estructuras electrónicas y las propiedades de absorción química para mejorar la actividad ORR.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un nuevo catalizador de nanocarbono similar al rambután con núcleo de caparazón (FeAl-RNC) con pares de átomos Fe-Al dispersos atómicamente.
• Investigar el efecto de la hibridación orbital Fe-Al en la actividad ORR y comprender las relaciones estructura-propiedad.

Principales métodos:

• Síntesis del catalizador FeAl-RNC a partir de material de marco orgánico metálico (MOF).
• Caracterización experimental y cálculos teóricos para analizar las estructuras electrónicas y las propiedades de adsorción.
• Fabricación y ensayo de PEMFC basados en FeAl-RNC.

Principales resultados:

• La fuerte hibridación orbital p-d entre Al y Fe conduce a una distribución asimétrica de electrones y una adsorción moderada de productos intermedios de oxígeno.
• La estructura de nanocarbono similar al rambutan mejora la densidad del sitio activo, la estabilidad y el transporte de masas.
• El PEMFC basado en FeAl-RNC demostró una excelente actividad ORR (68,4 mA cm-2 a 0,9 V) y una alta potencia pico (1,05 W cm-2).

Conclusiones:

• El catalizador FeAl-RNC exhibe una actividad ORR intrínseca mejorada debido a la estructura electrónica optimizada y las propiedades de adsorción.
• La nanoestructura única contribuye a mejorar el rendimiento y la durabilidad del catalizador en los PEMFC.
• El FeAl-RNC muestra un potencial significativo como un catalizador eficiente para aplicaciones de PEMFC.