Desenho e síntese de electrocatalisador multifuncional sem metais em fios de fibra de carbono para redução de oxigênio e reações de desprendimento de oxigênio e hidrogênio

Resumo

A eletrocatálise é o coração da conversão de energia eletroquímica, a fim de otimizar a taxa, a seletividade, a energia e a estabilidade de certas reações eletroquímicas - tais como redução de oxigênio (ORR), desprendimento de oxigênio (OER) e hidrogênio (HER), bons catalisadores precisam ser desenvolvidos e otimizados. Foram utilizados metais preciosos nobres (por exemplo, Pt, Ru, Ir e Pd) suportados em nanomateriais de carbono (por exemplo, grafeno, nanotubos de carbono e negro de fumo) para facilitar o ORR, OER e HER, resultando em atividades catalíticas elevadas. No entanto, estes catalisadores baseados em metal nobre sofrem de elevado custo, escassez, fraca estabilidade e efeitos ambientais prejudiciais. Portanto, para alcançar desenvolvimento em grande escala a baixo custo sem desvantagens, é essencial desenvolver materiais catalíticos alternativos. Para resolver esta questão, propõe-se a concepção de uma nova estrutura catalítica composta de heteroátomos dopado-grafeno ancorado em fios de fibra de carbono por meio de técnica electroquímica simples, em vez de caro CVD e métodos de pirólise. Esta estrutura única do material será livre de aglutinante e tirará partido dos abundantes sítios ativos da rede de grafeno dopado e o suporte dos fios de fibra de carbono terá a oportunidade de reduzir o excesso de potencial das reações aumentando a condutividade interfacial entre os fios e grafeno. Fundamentalmente, este trabalho visa ampliar a compreensão atual de vários parâmetros essenciais, tais como a quantidade de deposição de grafeno dopado sobre fios de fibra de carbono, dinâmica de transferência de elétrons, morfologia, cristalinidade, área de superfície, bem como defeitos, que afetam o desempenho de um electrocatalisador. Tais parâmetros são críticos na optimização da atividade catalítica do produto. (AU)