Un equipo de investigación coreano del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST), Corea del Sur, desarrolló un electrocatalizador libre de metales estable y de alto rendimiento para ORR y el trabajo de investigación se publicó en una revista científica, Nanoescala por la Royal Society of Chemistry (RSC). (Título:"Nanohoja de grafeno dopado heteroátomo basado en funcionalización covalente como electrocatalizadores libres de metales para la reacción de reducción de oxígeno")

La disponibilidad limitada de combustibles fósiles y la creciente demanda de energía han estimulado una intensa investigación sobre los sistemas de almacenamiento y conversión de energía. Las pilas de combustible han recibido una atención considerable entre las muchas opciones de sistemas de almacenamiento de energía, debido a su notable densidad de energía potencial y problemas ambientales.

Los electrocatalizadores para la reducción de oxígeno son componentes críticos que pueden mejorar drásticamente el rendimiento de las pilas de combustible. que se percibe como el poder de los futuros vehículos eléctricos. Para celdas de combustible más económicas, los ingenieros necesitan electrocatalizadores rápidos y eficientes que dividan el gas hidrógeno para producir electricidad.

El equipo de investigación de UNIST dirigido por el profesor Byeong-Su Kim de la Escuela Interdisciplinaria de Energía Verde, UNISTA, presentó un diseño único y caracterización de nuevas nanoláminas de grafeno dopado con heteroátomos preparados mediante la funcionalización covalente de varias moléculas orgánicas pequeñas con un posterior tratamiento térmico. Este trabajo fue propuesto y realizado por el estudiante de pregrado Minju Park de la Escuela Interdisciplinaria de Energía Verde, UNIST.

Hay muchos métodos disponibles para preparar grafeno dopado con nitrógeno (dopado con N). Estos enfoques introducen con éxito átomos de nitrógeno dentro del marco del grafeno. Sin embargo, muchos de ellos requieren precursores de gases tóxicos, y son incapaces de controlar el grado de dopaje y el tipo de funcionalidad del nitrógeno.

En este documento, el equipo de investigación de UNIST presentó un enfoque simple para la funcionalización química hacia nanohojas de grafeno heteroátomo-dopado con pequeñas moléculas orgánicas para su uso como electrocatalizadores para la reacción de reducción de oxígeno.

Así es como se preparó el material:Se preparó polvo de óxido de grafito a partir de polvo de grafito con oxidación y se exfolió para dar una dispersión marrón de óxido de grafeno (GO) bajo ultrasonidos. Las nanohojas de óxido de grafeno tienen varios grupos funcionales en el borde, como carboxílico (-COOH), hidroxilo (-OH), y epoxi (-C-O-C).

Cuando la suspensión de GO reaccionó con aminas en presencia de 1-etil-3- (3-dimetilaminopropil) carbodiimida (EDC), normalmente se obtenía una carbodiimida soluble en agua como hidrocloruro, El grupo carboxílico en GO reaccionó con una amina y formó un grupo amida. El equipo de investigación lo definió como 'NGOn', que era óxido de grafeno químicamente funcionalizado. Las suspensiones de NGOn se recocieron a 800 ℃ durante 1 hora bajo una atmósfera de argón con un horno de tubo, y se dopó nitrógeno en las nanohojas de óxido de grafeno con la eliminación de oxígeno llamado 'NRGOn'.

Además, el equipo de investigación de UNIST demostró cómo se puede mejorar el rendimiento electroquímico variando el grado y las configuraciones del dopante de nitrógeno. Más lejos, ampliaron el enfoque hacia la introducción de otros heteroátomos, como el boro y el azufre, en la nanohoja de grafeno.

"Las nanohojas de grafeno dopado con nitrógeno mostraron una estabilidad superior en comparación con los catalizadores comerciales de Pt / C. Este enfoque también se ha extendido con éxito a otros heteroátomos como el boro y el azufre en las nanohojas de grafeno, "dijo Minju Park.

"Prevemos que este estudio ofrecerá oportunidades y conocimientos para un mayor desarrollo de electrocatalizadores híbridos, "dijo el profesor Kim, presentando futuras posibilidades de investigación.