Síntesis de Plantilla Autosacrificial de Catalizadores Fe‐N‐C con Sitios Activos Densos Depositados en una Red de Carbono Poroso para Alto Rendimiento en PEMFC

Resumen Los catalizadores de un solo átomo de nitrógeno-carbono-hierro (Fe‐N‐C) son alternativas sostenibles prometedoras al costoso y escaso platino (Pt) para catalizar las reacciones de reducción de oxígeno (ORR) en el cátodo de las pilas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEMFC). Sin embargo, los cátodos de Fe‐N‐C para PEMFC son más gruesos que los de Pt/C, para compensar la menor actividad intrínseca de ORR y la densidad de sitios de los materiales Fe‐N‐C. Los electrodos gruesos están asociados con problemas de transporte de masa que limitan su rendimiento a altas densidades de corriente, especialmente en PEMFC de H 2 /aire. Los electrodos prácticos de Fe‐N‐C deben combinar alta actividad intrínseca de ORR, alta densidad de sitios y rápido transporte de masa. En este trabajo, se ha logrado una combinación mejorada de estas propiedades con un catalizador Fe‐N‐C preparado a través de un enfoque de síntesis en dos pasos, construyendo primero un sustrato poroso de zinc-nitrógeno-carbono (Zn‐N‐C), seguido de la transformación de Zn a Fe mediante deposición de vapor químico. Un cátodo que comprende este catalizador Fe‐N‐C ha exhibido una densidad de potencia máxima de 0.53 W cm −2 en PEMFC de H 2 /aire a 80 °C. La densidad de potencia mejorada está asociada con la porosidad jerárquica del sustrato Zn‐N‐C de este trabajo, que se logra mediante crecimiento epitaxial de ZIF‐8 sobre g‐C 3 N 4, lo que conduce a un sustrato micro-mesoporoso.