Estructuras de óxido de hierro reversiblemente redox-activo en catalizadores FeNC identificados por microscopía y...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• La identificación de los sitios activos en los catalizadores de hierro-nitrógeno-carbono (FeNC) es crucial para el avance de las reacciones de reducción de oxígeno (ORR).
• Comprender las transformaciones del sitio activo durante la preparación del catalizador, el almacenamiento y el ciclo electroquímico presenta desafíos significativos.

Objetivo del estudio:

• Investigar la estructura, la coordinación y los estados de oxidación / espín de los centros de hierro en catalizadores FeNC de alto rendimiento.
• Para aclarar los cambios reversibles e irreversibles en los sitios de hierro durante el almacenamiento, la preparación de electrodos y el ciclo electroquímico.

Principales métodos:

• Microscopía electrónica de transmisión (TEM) de alta resolución para el análisis estructural.
• Las espectroscopias de Fe Mössbauer y de resonancia paramagnética electrónica (EPR) para la caracterización detallada del centro de hierro.
• Métodos Mössbauer y EPR espectroelectroquímicos complementarios para el análisis in situ

Principales resultados:

• Los materiales FeNC preparados muestran sitios de hierro aislados o de pocos átomos distribuidos uniformemente.
• Mössbauer y EPR identificaron varias especies de hierro, incluidas las de alto espín Fe ((III) y Fe ((II) y las de espín intermedio Fe ((II) en diferentes coordinaciones.
• La exposición al oxígeno indujo la oxidación de Fe (II) a Fe (III), alteró la distribución del hierro y formó nanopartículas de óxido de hierro.
• El potencial aplicado causó una reducción reversible de Fe (III) a Fe (II) en sitios agrupados y aislados, lo que indica una retención estructural.

Conclusiones:

• Los catalizadores FeNC exhiben complejos entornos de especiación y coordinación del hierro.
• La exposición al oxígeno tiene un impacto significativo en la integridad y distribución del sitio de hierro.
• El ciclo electroquímico induce cambios reversibles en los estados de oxidación del hierro, lo que sugiere la estabilidad del catalizador.