A comprehensive comparison of oxygen and nitrogen functionalities in carbon and their implications for the oxygen reduction reaction

Autor(es)

V. Fortunato, Guilherme ; Kronka, Matheus S. ; Cardoso, Eduardo S. F. ; dos Santos, Alexsandro J. ; Roveda Jr, Antonio C. ; Lima, Fabio H. B. ; Ledendecker, Marc ; Maia, Gilberto ; Lanza, Marcos R. V.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: JOURNAL OF CATALYSIS; v. 413, p. 14-pg., 2022-08-20.

Resumo

Carbon materials have widespread use in catalysis mainly due to their abundance, high conductivity, large surface area, and facile functionalization through heteroatom-doping. However, both, the stability against corrosion and the catalytic performance caused by the exposure to high potentials present in rel-evant electrocatalytic reactions such as the oxygen reduction reaction (ORR) is recurrently underesti-mated. We demonstrate that importance of oxygen and nitrogen binding motives to tailor the oxygen reduction activity, selectivity and stability against corrosion. Spectroscopic results revealed that the exposure to high oxidative potentials causes i) oxidation of N-groups and decrease in N content; and ii) enrichment of CAO (hydroxyl and ethers), C@O (quinones), and COOH functional groups and, together, dramatically impact the ORR activity and selectivity. We present guidelines how the activity, selectivity and stability can be precisely tuned. The developed guidelines highlight the potential of tailoring the oxy-gen and nitrogen containing functional groups on carbon catalysts for future catalytic applications.(c) 2022 Elsevier Inc. All rights reserved. (AU)

• Processo FAPESP: 14/50945-4 - INCT 2014: Instituto Nacional de Tecnologias Alternativas para Detecção, Avaliação Toxicológica e Remoção de Micropoluentes e Radioativos
• Beneficiário: Maria Valnice Boldrin
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 17/23464-3 - Estudo da degradação dos agrotóxicos paraquat, metam-sódico e carbaril via Processos Oxidativos Avançados Eletroquímicos (POAE) utilizando eletrodos de difusão gasosa modificados com óxidos bimetálicos
• Beneficiário: Matheus Schiavon Kronka
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 19/20634-0 - Tratamento de águas residuais contaminadas com interferentes endócrinos pela aplicação de processos eletroquímicos de oxidação avançada: efeito sinérgico de diferentes catodos suportados em carbono
• Beneficiário: Alexsandro Jhones dos Santos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 19/22183-6 - Electrocatálise VI: aspectos fundamentais e aplicados em problemas emergentes e clássicos em conversão eletroquímica de energia
• Beneficiário: Edson Antonio Ticianelli
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 17/10118-0 - Estudo e aplicação da tecnologia eletroquímica para a análise e a degradação de interferentes endócrinos: materiais, sensores, processos e divulgação científica
• Beneficiário: Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 19/04421-7 - Produção e caracterização de nanocompositos metal-grafeno ou óxido de grafeno visando a produção eletrocatalítica de peróxido de hidrogênio: Uma aplicação à degradação de desreguladores endócrinos por processos eletroquímicos oxidativos avançados
• Beneficiário: Guilherme Vilalba Fortunato
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 21/13985-1 - Modificações superficiais em eletrocatalisadores de cobre: uma estratégia para aumentar a seletividade e a estabilidade para a eletro-redução de dióxido de carbono
• Beneficiário: Antonio Carlos Roveda Júnior
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado