Eludir la generación de radicales en el catalizador de pares atómicos Fe-V para la reducción robusta de oxígeno y las...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los catalizadores de hierro-nitrógeno-carbono (Fe-N-C) son alternativas prometedoras sin platino para la reacción de reducción de oxígeno (ORR).
• Sin embargo, las especies reactivas de oxígeno (ROS) generadas durante el mecanismo ORR degradan la actividad y la estabilidad de Fe-N-C.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una estrategia para eludir la generación de ROS y mejorar el rendimiento del catalizador Fe-N-C.
• Diseñar y sintetizar un catalizador de pares atómicos Fe-V (Fe1V1-NC) para mejorar la actividad y la estabilidad de ORR.

Principales métodos:

• El diseño del catalizador guiado por la teoría de la densidad funcional (DFT).
• Síntesis de catalizador de pares atómicos Fe-V con una configuración específica de N2Fe-N2-VN2.
• Caracterización electroquímica de la actividad y estabilidad de ORR en 0,1 M KOH.

Principales resultados:

• El catalizador Fe1V1-NC permite la adsorción lateral de O2 y la ruptura directa del enlace OO, evitando la formación de ROS.
• Fe1V1-NC exhibe un alto potencial de inicio de ORR (1,02 V) y un potencial de media onda (0,89 V frente a RHE).
• Se demostró una estabilidad excepcional con una disminución potencial mínima (16 mV) durante 50.000 ciclos, superando al Fe-N-C.
• Las baterías de zinc-aire basadas en Fe1V1-NC muestran una notable durabilidad de hasta 400 horas.

Conclusiones:

• Una estrategia de conmutación de vías suprime efectivamente la generación de ROS, mejorando el rendimiento de ORR.
• Los catalizadores de pares atómicos Fe-V ofrecen una ruta viable a los electrocatalizadores ORR altamente activos y estables.
• Este trabajo avanza en el desarrollo de sistemas catalíticos duraderos para la conversión de energía.