Arrays de Nanotubos de Carbono Dopados com Nitrogênio com Alta Atividade Eletrocatalítica para a Redução do Oxigênio

A aplicação prática em larga escala de células a combustível será difícil de realizar se os caros eletrocatalisadores à base de platina para reações de redução do oxigênio (ORRs) não puderem ser substituídos por outros eletrodos eficientes, de baixo custo e estáveis. Aqui, relatamos que nanotubos de carbono contendo nitrogênio alinhados verticalmente (VA-NCNTs) podem atuar como um eletrodo livre de metais com uma atividade eletrocatalítica muito melhor, estabilidade de operação a longo prazo e tolerância ao efeito de sobreposição do que a platina para a redução do oxigênio em células a combustível alcalinas. Em hidróxido de potássio saturado com ar a 0,1 molar, observamos um potencial de saída em estado estacionário de -80 milivolts e uma densidade de corrente de 4,1 miliamperes por centímetros quadrados a -0,22 volts, em comparação com -85 milivolts e 1,1 miliamperes por centímetros quadrados a -0,20 volts para um eletrodo de carbono-platina. A incorporação de átomos de nitrogênio aceitantes de elétrons no plano de carbonos conjugados do nanotubo parece conferir uma densidade de carga positiva relativamente alta nos átomos de carbono adjacentes. Esse efeito, juntamente com o alinhamento dos NCNTs, proporciona um caminho de quatro elétrons para a ORR nos VA-NCNTs com um desempenho excelente.