Construcción de sitios diatómicos asimétricos de Fe-Nb para mejorar la actividad y la durabilidad de ORR

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los catalizadores libres de platino son cruciales para las tecnologías de energía sostenible.
• Los materiales de hierro-nitrógeno-carbono (Fe-N-C) son prometedores para la reacción de reducción de oxígeno (ORR), pero sufren de inestabilidad del hierro.
• La mejora de la estabilidad del Fe-N-C es clave para su aplicación práctica.

Objetivo del estudio:

• Sintetizar e investigar los sitios diatómicos de Fe-Nb para mejorar la catálisis ORR.
• Comprender el papel del niobio en la estabilización de los sitios de Fe y la optimización de la cinética ORR.
• Evaluar el rendimiento de los catalizadores Fe-Nb en las pilas de zinc-aire y las pilas de combustible.

Principales métodos:

• Síntesis de catalizadores de sitio diatómico Fe-Nb asimétricos (FeNb/c-SNC).
• Caracterización electroquímica de la actividad y estabilidad de ORR.
• Pruebas en pilas de zinc-aire (ZAB) y pilas de combustible de membrana de intercambio de hidróxido (HEMFC).

Principales resultados:

• Los catalizadores FeNb/c-SNC muestran una actividad y estabilidad ORR superiores a los catalizadores de un solo átomo de Fe (SAC).
• La interacción Fe-Nb optimiza la desorción intermedia y fortalece el enlace Fe-N, suprimiendo la desmetalización del hierro.
• Los ZAB y HEMFC alimentados por FeNb/c-SNC lograron altas densidades de potencia pico y tiempos de operación estables significativamente extendidos.

Conclusiones:

• Los sitios diatómicos de Fe-Nb ofrecen una estrategia prometedora para desarrollar catalizadores ORR basados en Fe altamente estables y activos.
• La incorporación de niobio mejora efectivamente la durabilidad de los materiales Fe-N-C.
• Este trabajo proporciona información para el diseño de catalizadores avanzados a nivel atómico para dispositivos de conversión de energía.