Subnanocúmulos de Fe y Ni con plantilla de proteínas para almacenamiento avanzado de energía y electrocatálisis

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• Reducir el tamaño de las nanopartículas metálicas a nanocúmulos y átomos individuales mejora la eficiencia de utilización de átomos para aplicaciones de energía.
• El desarrollo de materiales de electrodos rentables y de alto rendimiento es crucial para el almacenamiento y la conversión de energía avanzados.

Objetivo del estudio:

• Para sintetizar subnanocúmulos de hierro y níquel incrustados en un marco poroso de carbono para aplicaciones energéticas.
• Evaluar el rendimiento de estos nanocúmulos como electrodos en supercondensadores y para reacciones de evolución de oxígeno.

Principales métodos:

• Síntesis de nanoagrupaciones de hierro y níquel con modelo de albúmina sérica bovina.
• Composición hidrotermal con óxido de grafeno y pirólisis catalizada por KOH.
• Fabricación de un aerogel carbonoso derivado de proteínas y grafeno jerárquicamente poroso.
• Caracterización electroquímica para el rendimiento de la reacción de evolución del supercondensador y el oxígeno.
• Dinámica molecular y cálculos de la teoría funcional de la densidad para conocimientos mecanicistas.

Principales resultados:

• Se sintetizaron con éxito los subnanocúmulos de Fe con soporte de carbono (FeSNC) y los subnanocúmulos de Ni (NiSNC).
• Los electrodos FeSNC y NiSNC exhibieron una alta capacitancia específica (373 F g ^-1 y 1125 F g ^-1, respectivamente).
• Un dispositivo híbrido de supercondensador y batería logró una alta energía específica (47 Wh kg ^-1) y potencia (18 kW kg ^-1) con una excelente estabilidad de ciclo (> 12.000 ciclos).
• FeSNC demostró un sobrepotencial de evolución de oxígeno más bajo (270 mV) que el punto de referencia RuO₂ (328 mV).

Conclusiones:

• La estrategia sintética desarrollada produce efectivamente subnanoagrupaciones metálicas para aplicaciones energéticas.
• Los electrodos basados en subnanoclusters muestran un rendimiento prometedor para supercondensadores y electrocatálisis.
• Este enfoque ofrece una vía para diseñar materiales avanzados para tecnologías de almacenamiento y conversión de energía de próxima generación.