Científicos de la Universidad de Tsinghua, Porcelana, y la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur, han diseñado una arquitectura de nanocarbono intrínsecamente dispersa que hibrida el grafeno dopado con N y los SWCNT, que puede servir como un electrocatalizador bifuncional superior tanto para la reducción de oxígeno como para las reacciones de evolución.

Hoy en día, Los sistemas de energía renovable y de alta capacidad, como las pilas de combustible y las baterías de metal-aire, son muy deseados para alimentar de forma sostenible a la sociedad. "Como reacciones de electrodos clave para tales sistemas de energía, ORR y REA, abreviatura de reducción de oxígeno y reacción de desprendimiento de oxígeno, son de proceso de varios electrones y cinéticamente lentos. Como consecuencia, Se necesitan electrocatalizadores de alta eficiencia para estas reacciones a fin de aumentar la velocidad de reacción. "dice el Dr. Qiang Zhang, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Tsinghua. "A pesar de la alta actividad catalítica, los catalizadores convencionales de metales nobles como el Pt, Ru e Ir, se ven afectados por el alto costo y la escasa estabilidad. Como resultado, los científicos están buscando catalizadores sustitutos de metales no nobles e incluso materiales no metálicos. Los materiales de nanocarbono dopados con heteroátomos proporcionan una reactividad y un rendimiento catalítico mucho mejores. Nuestro grupo exploró el crecimiento in situ del grafeno dopado con N y los híbridos SWCNT y su rendimiento electrocatalítico superior para ORR y OER ".

"Los hidróxidos dobles en capas se emplearon como catalizador bifuncional para el crecimiento simultáneo de grafeno y SWCNT, formando la red interconectada tridimensional, "El profesor Fei Wei dice Phys.org .

Realmente, El grupo de Zhang ha investigado mucho sobre la síntesis de materiales nanocarbonados jerárquicos con los hidróxidos dobles en capas como catalizadores y logró un gran progreso y produjo muchos artículos excelentes. "En cuanto a los dos materiales típicos de nanocarbono, CNT 1D y nanohojas de grafeno 2D, ambos tienden a agregarse o apilarse entre sí debido a las fuertes fuerzas de van der Waals. Eso dificulta la plena utilización de los sitios activos para reacciones catalíticas. De hecho, la integración de grafeno y CNT en un material híbrido es una estrategia bastante prometedora para mejorar la dispersión de grafeno y CNT, heredar las ventajas tanto del grafeno como de los CNT, y obtener una red 3D termoconductora y electrónica eficiente y eficaz, ", Dice Qiang." Los catalizadores bifuncionales derivados de LDH de FeMoMgAl embebidos con NP de Fe térmicamente estables no solo sirvieron como un catalizador eficiente para el crecimiento de SWCNT dopadas con N, pero también suministró un sustrato laminar para la deposición de plantilla de grafeno dopado con N. Por lo tanto, el crecimiento simultáneo de grafeno dopado con N y SWCNT se puede lograr con la conexión de enlace covalente C-C ".

Basado en este concepto, Gui-Li Tian, un estudiante de posgrado y el primer autor, desarrolló una estrategia de deposición química de vapor in situ para la síntesis híbrida de grafeno / SWCNT. "El grafeno dopado con N y los SWCNT están intrínsecamente dispersos en esta nueva arquitectura de carbono y los grupos funcionales que contienen N están bien dispersos en el andamio conductor. Los híbridos tal como se fabrican tienen una gran superficie, alta porosidad y también alto grado grafítico. Todos estos caracteres hacen que los híbridos de grafeno / SWCNT dopados con N tengan una alta actividad de ORR, muy superior a dos componentes constituyentes e incluso comparable a los catalizadores comerciales al 20% en peso de Pt / C con una durabilidad y resistencia mucho mejores al efecto de cruce, "dice Gui-Li. Además, demostraron que esta nueva arquitectura de carbono también es electrocatalíticamente activa para los REA.

"Esto indicó que el material híbrido es un electrocatalizador bifuncional prometedor para las celdas de combustible regenerativas y las baterías recargables de metal-aire que involucran la electroquímica del oxígeno, "dice el Dr. Dingshan Yu de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur.

"Prevemos que, en comparación con el grafeno aleatorio y los CNT, podrían surgir más aplicaciones potenciales si se aprovecharan al máximo las propiedades eléctricas y ópticas mejoradas de los híbridos de grafeno / CNT dopados, "dice Qiang. Además, este trabajo también proporciona una plataforma estructural para el diseño de materiales de interconexión 3D con vías de electrones extraordinarias, así como una superficie / interfaz sintonizable que se puede utilizar en áreas, como la catálisis, separación, entrega de medicamentos, conversión y almacenamiento de energía.