Investigaciones recientes publicadas en un artículo en NANO por un equipo de investigadores de la Universidad de Beihang han fabricado un nuevo tipo de VNQD-NG como electrocatalizador de metales no preciosos para la reacción de reducción de oxígeno (ORR). Las características estructurales únicas de abundantes puntos cuánticos VN con tamaños de 3-6 nm, la alta superficie y los poros de varios niveles proporcionan bordes estructurales considerables y defectos como sitios activos, maximizando los sitios activos expuestos y proporcionando suficientes vías de transporte de electrones para ORR. Esto tiene importantes aplicaciones prácticas y comerciales.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Beihang en Beijing, China ha demostrado un nuevo tipo de catalizadores a base de metales no preciosos de bajo costo como una alternativa a los catalizadores a base de platino para la reacción de reducción de oxígeno. En su trabajo, Un nuevo tipo de puntos cuánticos de nitruro de vanadio anclado homogéneamente sobre grafeno dopado con nitrógeno (denominado VNQD-NG) se fabrica mediante un método hidrotermal simple y un proceso de recocido de amoníaco posterior. El VNQD-NG exhibe una alta actividad electrocatalítica, larga durabilidad y alta selectividad para ORR, superior al Pt-C comercialmente disponible. Su informe aparece en el próximo número de la revista. NANO .

El desarrollo de electrocatalizadores adecuados para la ORR es importante para las aplicaciones prácticas de las pilas de combustible y las baterías de metal-aire debido a la lentitud cinética de la ORR con un complejo proceso de transferencia de cuatro electrones. A pesar de la alta eficiencia del platino (Pt) y las aleaciones a base de Pt para ORR, su alto costo, junto con las reservas raras en la naturaleza, impide en gran medida la aplicación práctica a gran escala. Por lo tanto, El desarrollo de catalizadores a base de metales no preciosos de bajo costo como alternativa a los catalizadores a base de Pt es crucial. El nitrito de vanadio (VN) no solo tiene la estructura similar y la alta densidad de estados a los de los nitruros de metales de transición anteriores, pero también muestra buena resistencia a la corrosión y alta conductividad eléctrica, manteniendo una gran promesa como electrocatalizador activo para ORR.

El VNQD-NG preparado posee numerosos puntos cuánticos (QD) VN de dimensión cero (0D) con tamaños de 3 a 6 nm anclados homogéneamente sobre la superficie del grafeno dopado con nitrógeno, proporcionando bordes estructurales considerables y defectos como sitios activos para ORR. Es más, las nanohojas VNQD-NG pueden construir simultáneamente una arquitectura porosa tridimensional (3-D) para maximizar los sitios activos expuestos y proporcionar suficientes vías de transporte de electrones durante la ORR. Los investigadores realizaron mediciones de voltamogramas cíclicos (CV) en una solución acuosa de KOH 0,1 M para investigar las características de ORR de las muestras de VNQD-NG. reflejando una destacada actividad electrocatalítica del VNQD-NG para la reducción de oxígeno. Las mediciones cronoamperométricas muestran que se produce una fuerte respuesta de corriente en el catalizador Pt-C cuando se inyecta metanol 3 M en una solución saturada de oxígeno. mientras que el VNQD-NG mantiene una corriente estable sin ninguna respuesta distinta. Aparentemente, el híbrido VNQD-NG exhibe una alta selectividad al metanol en el electrolito alcalino, tolerancia a los efectos de cruce causados ​​por las moléculas de combustible que penetran a través de la membrana del polímero. Los investigadores también realizaron las mediciones del electrodo de disco de anillo giratorio (RRDE) para verificar la cinética electroquímica de ORR de VNQD-NG, mostrando un potencial de inicio de ORR comparable al del catalizador Pt-C, y mayor número de transferencia de electrones (n) y densidad de corriente de limitación cinética (Jk) que el de los catalizadores comerciales de Pt-C y otros catalizadores que no son de Pt. La respuesta coronoamperométrica en tiempo actual (i? T) para VNQD-NG revela una atenuación bastante baja del 77% después de 30 000 s, lo que proporciona una evidencia adicional de que la estabilidad de VNQD-NG es superior a la del Pt-C comercial (60%).

VNQD-NG exhibe una alta actividad electrocatalítica, alta selectividad y larga durabilidad para ORR, mejor que el Pt-C comercialmente disponible. Estos logros podrían proporcionar una extensión del desarrollo de varios otros puntos cuánticos de nitruro metálico poroso tridimensional en grafeno para amplias aplicaciones en sensores. catálisis, y otros dispositivos electrónicos.