Átomos Isolados de Ferro Único Ancorados em Carvão Poroso Doped com Nitrogênio como um Eletrocatalisador Eficiente para a Reação de Redução de Oxigênio

Resumo O desenvolvimento de eletrocatalisadores de baixo custo, eficientes e estáveis para a reação de redução de oxigênio (ORR) é desejável, mas continua sendo um grande desafio. Neste trabalho, fabricamos um catalisador de carvão poroso dopado com nitrogênio (ISA Fe/CN) altamente reativo e estável com carga de Fe de até 2,16% em peso. O catalisador apresentou excelente desempenho na ORR com um potencial de meia onda (E 1/2) de 0,900 V, superando Pt/C comercial e a maioria dos catalisadores de metais não preciosos relatados até o momento. Além de uma densidade de corrente cinética excepcionalmente alta (J k) de 37,83 mV cm−2 a 0,85 V, também apresentou boa tolerância ao metanol e estabilidade notável. Experimentos demonstraram que manter o Fe como átomos isolados e incorporar nitrogênio era essencial para entregar o alto desempenho. Cálculos de primeiro princípio atribuíram ainda a alta reatividade à alta eficiência dos átomos de Fe únicos no transporte de elétrons para as espécies OH adsorvidas.