Particularmente en los sistemas electroquímicos (como las celdas de combustible con membrana de intercambio de protones, PEMFC, y la electrólisis de agua con membrana de intercambio de protones, PEMWE), los materiales de carbono desempeñan un papel vital porque pueden servir como portadores conductores para componentes metálicos activos.

Sin embargo, en la literatura de rápido crecimiento en el campo de la electrocatálisis, la mayoría de los estudios generalmente se centran en componentes funcionales de metales u óxidos metálicos soportados por carbono comercial. El papel de los materiales de carbono como soporte y su impacto en el rendimiento catalítico no ha recibido suficiente atención, lo que justifica más esfuerzos de investigación tanto por parte del mundo académico como de la industria.

Esta revisión, publicada en la revista Science China Chemistry , fue dirigido por el Prof. Wei Lin (Instituto de Investigación de Procesamiento de Petróleo de SINOPEC) y el Prof. Lichen Liu (Departamento de Química, Universidad de Tsinghua).

Los profesores Wei Lin y Lichen Liu intentaron abordar el tema desde una perspectiva industrial, discutiendo parámetros clave que pueden medirse o estudiarse directamente en experimentos para revelar la relación síntesis-estructura-rendimiento.

El artículo presenta y explica sistemáticamente la aplicación de materiales portadores de carbono en el campo electroquímico en condiciones industrialmente relevantes y los desafíos existentes y las direcciones innovadoras futuras desde seis aspectos:conductividad electroquímica, composición química, estabilidad en condiciones industriales, transferencia de masa, síntesis en masa y comprensión profunda.

Finalmente, basándose en su conocimiento y experiencia acumulados en actividades de I+D industrial, los autores proponen los siguientes estándares críticos que deben cumplir los soportes de carbono en dispositivos electrocatalíticos prácticos:(1) área de superficie específica> 60 m²/g; (2) resistividad eléctrica <2,5 Ω·m; (3) tamaño de partícula de carbono primario <50 nm; (4) reciclabilidad durante 5000 ciclos (a 1,0-1,5 V); (5) cuestan menos de $4000/tonelada.

Específicamente, los autores también sugieren un tamaño de partícula de carbono primario <50 nm, ya que las partículas más pequeñas pueden mejorar la conductividad y la viscosidad, mejorar la resistencia a la intemperie, proporcionar un mejor refuerzo y aumentar la resistencia a la tracción y la abrasión. Además, un tamaño de partícula más pequeño se correlaciona con una mayor superficie específica, lo que facilita la carga densa de platino y la construcción de capas finas de catalizador.

Estos indicadores clave pueden servir como parámetros rectores para el desarrollo de portadores de carbono avanzados para dispositivos PEMFC y PEMWE. El primer autor del artículo es el Dr. Xue Yang del Instituto de Investigación de Procesamiento de Petróleo de Sinopec.