Celdas de combustible de ácido fórmico puro con interfaz hidrofílica de un solo átomo

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los catalizadores de un solo átomo (SAC) ofrecen una alta actividad para las pilas de combustible de ácido fórmico directo (DFAFC).
• Los SAC actuales luchan con el ácido fórmico concentrado, lo que limita su aplicación.
• La comprensión del mecanismo de reacción en el ácido fórmico concentrado es crucial.

Objetivo del estudio:

• Investigar el papel de la hidrofilicidad interfacial en los SAC para los DFAFC.
• Para permitir el funcionamiento estable del DFAFC utilizando ácido fórmico altamente concentrado.
• Para aclarar el mecanismo de reacción de la oxidación del ácido fórmico en SAC.

Principales métodos:

• Incorporación de átomos individuales de metales de transición (Co, Fe, Ni, Ru) en los catalizadores Ir/NC.
• Ingeniería de interfaz para mejorar la hidrofilicidad.
• Simulaciones de dinámica molecular y validación experimental.
• Espectroscopia in situ y análisis cinéticos de isótopos.

Principales resultados:

• Interfaces hidrofílicas diseñadas en SAC.
• Funcionamiento estable del DFAFC obtenido con ácido fórmico puro (>99%).
• El ánodo IrCo/NC optimizado mostró una actividad de masa 342 veces mayor que los catalizadores de nanopartículas.
• Alcanzó una densidad de potencia máxima de 107,7 mW cm-2.
• CO revelado como intermediario reactivo y participación de agua identificada en la etapa de determinación de la velocidad.

Conclusiones:

• La hidrofilicidad interfacial es crítica para los DFAFC de alto rendimiento.
• La ingeniería de interfaz hidrófila permite un funcionamiento estable con ácido fórmico puro.
• Se propuso un nuevo mecanismo de reacción que incluía el CO como intermediario y el agua.