El estudio revela el principio teórico de que los catalizadores de carbono mejoran las reacciones electroquímicas

Los catalizadores de carbono han recibido una gran atención en las últimas décadas como una alternativa económica a los catalizadores de metales nobles para los sistemas de energía renovable.

Un estudio reciente, afiliado a UNIST, reveló el principio teórico de que carbónCatalizadores basados ​​en potenciar reacciones electroquímicas. La clave de esto es la presencia de las imperfecciones del carbono, junto con su flexibilidad estructural. interacción químicaSe combinan para permitir una actividad catalítica mejorada incluso sin necesidad de catalizadores de metales preciosos, como el platino (Pt).

La reacción de reducción de oxígeno (ORR) es una reacción electroquímica importante y se ha aplicado ampliamente en aplicaciones de energía renovable, como celdas de combustible de hidrógeno, división de agua y baterías de metal-aire (MAB). Actualmente, los catalizadores comerciales basados ​​en Pt (PBC) se utilizan ampliamente para este propósito debido a su actividad catalítica superior. Sin embargo, el alto precio, la fácil intoxicación por monóxido de carbono y la baja durabilidad del Pt dificultan las aplicaciones a gran escala de los PBC, y así lo señaló el equipo de investigación.

Los catalizadores a base de carbono se están estudiando activamente como materiales alternativos líderes, y la eficiencia y la composición de los catalizadores se mejoran constantemente. Sin embargo, el motivo de la promoción de los catalizadores de carbono Reacciones electroquímicas No está claro, lo que ralentiza el desarrollo de catalizadores de carbono.

En este estudio, el equipo de investigación demostró cómo dos tipos de defectos, vacantes de carbono e impurezas de N piridínico, en materiales de carbono libres de metales, mejoran el O₂ Adsorción, un paso de reacción crítico para la activación de ORR.

Nuestras cuentas y análisis estructural reveló que los defectos permiten que los sitios de carbono terminales adyacentes absorban O₂ Al mejorar la flexibilidad estructural y, por lo tanto, reducir barrera de energía Para la transición sp2/sp3 de un átomo de carbono”, señaló el equipo de investigación. Así, el entorno estructural no local es tan importante como interacción directa entre el sitio de adsorción y el adsorbato en una reacción química.

Sus hallazgos muestran además que el N-piridínico tiene ventajas sobre las vacantes de carbono en términos de estabilidad estructural. «Nuestro estudio se basa en varias investigaciones teóricas y experimentales de materiales de carbono y es consistente con los hallazgos experimentales catalíticos», agregó el equipo de investigación. Además, nuestros resultados pueden extenderse a reacciones químicas generales en materiales de carbono defectuosos y estimularán la investigación en ingeniería de defectos.

Sus hallazgos han sido publicados en ACS Nano.