Electrocatalizadores libres de metales nobles con rendimiento mejorado en la ORR mediante funcionalización específica de tareas del carbono usando sistemas de precursores de líquidos iónicos

Se presentan la síntesis y caracterización de carbono funcionalizado utilizando perfiles de dopaje variables. Los híbridos se obtuvieron a partir de precursores iónicos funcionalizados con nitrilo y un mediador de cloruro férrico. De esta manera, se obtuvieron híbridos de carbono dopados con nitrógeno novedosos y codopados con nitrógeno-azufre, nitrógeno-fósforo y nitrógeno-boro, con una morfología que contiene partículas de tamaño nanométrico microporosas. Los carbones dopados con heteroátomos preparados exhibieron una actividad electrocatalítica superior hacia la reacción de reducción de oxígeno (ORR) en electrolitos alcalinos y ácidos. En particular, tanto el tipo de heteroátomo como el hierro desempeñaron roles cruciales en la mejora de la actividad catalítica del carbono funcionalizado. Cabe destacar que los materiales funcionalizados codopados con azufre-nitrógeno sintetizados en presencia de cloruro férrico mostraron mayor actividad y estabilidad en comparación con los del catalizador comercial de Pt de última generación en electrolito alcalino. Además, en electrolito ácido, el catalizador codopado con azufre-nitrógeno rivalizó la actividad de Pt con una estabilidad que supera a la de Pt. Nuestra investigación por espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) reveló una estructura atómica distintiva en el material codopado con nitrógeno-azufre en comparación con otros catalizadores codopados, explicando muy probablemente su superior actividad electrocatalítica. Este trabajo presenta una caja de herramientas novedosa para diseñar híbridos de carbono avanzados con perfiles de dopaje de heteroátomos variables que presentan un rendimiento de ORR ajustable y mejorado.