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Updated: Jun 18, 2025

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Published on: April 27, 2018

Derrame de peróxido de hidrógeno en el electrocatalisador híbrido de platino y hierro para la reducción estable de

Huiting Niu¹, Lei Huang¹, Yanyang Qin²

¹School of Chemistry and Chemical Engineering, State Key Laboratory of Materials Processing and Die & Mould Technology, Key Laboratory of Material Chemistry for Energy Conversion and Storage (Ministry of Education), Hubei Key Laboratory of Material Chemistry and Service Failure, Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology (HUST), 1037 Luoyu Road, Wuhan 430074, China.

Journal of the American Chemical Society

|July 30, 2024

Resumen

Este estudio introduce un nuevo catalizador de aleación de platino-hierro (PtFe) dentro de una matriz de hierro-nitrógeno-carbono (Fe-N-C) para mejorar la durabilidad de la reacción de reducción de oxígeno (ORR) en las pilas de combustible.

Área de la Ciencia:

La electrocatálisis
Ciencias de los materiales
Almacenamiento de energía

Sus antecedentes:

Los catalizadores de hierro-nitrógeno-carbono (Fe-N-C) sin platino son prometedores para la reacción de reducción de oxígeno (ORR), pero sufren una mala durabilidad debido a la lixiviación del hierro.
Esta inestabilidad, vinculada al efecto Fenton, limita su aplicación en pilas de combustible de baja temperatura.

Objetivo del estudio:

Desarrollar un catalizador ORR libre de platino altamente eficiente y estable mediante la integración de una aleación de platino y hierro (PtFe) dentro de una matriz Fe-N-C.
Abordar los problemas de durabilidad de los catalizadores Fe-N-C y mejorar su aplicación práctica en pilas de combustible.

Principales métodos:

Fabricación de una aleación PtFe integrada dentro de un catalizador de matriz Fe-N-C (PtFe/Fe-N-C).
Caracterización electroquímica que incluye mediciones del potencial de media onda (E1/2) y pruebas de estabilidad del ciclo potencial.
Evaluación del rendimiento de peróxido de hidrógeno (H2O2) y ensayo del rendimiento de la pila de combustible.
Experimentos in situ y cálculos teóricos para elucidar el mecanismo catalítico.

Principales resultados:

El catalizador PtFe / Fe-N-C logró un alto potencial de media onda de 0,93 V frente a RHE con una desintegración mínima (7 mV) después de 50.000 ciclos.
Se ha demostrado un rendimiento excepcionalmente bajo de peróxido de hidrógeno (0,07%) a 0,6 V, mantenido después de 10.000 ciclos.
Las celdas de combustible con cátodos PtFe/Fe-N-C mostraron una notable durabilidad, con sólo 8 mV de pérdida de voltaje a 0,8 A cm-2 después de 30.000 ciclos.
El mecanismo reveló que el derrame de oxígeno de Fe-N-C a PtFe inhibe la producción de H2O2 y elimina los radicales.

Conclusiones:

El catalizador PtFe/Fe-N-C integrado ofrece una actividad y estabilidad superiores para la reacción de reducción de oxígeno.
Este diseño de catalizador suprime efectivamente la producción de peróxido de hidrógeno y mejora la durabilidad en las pilas de combustible.
Los hallazgos proporcionan una vía para diseñar catalizadores ORR de próxima generación, altamente eficientes y estables para aplicaciones de celdas de combustible.

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