Exploring the Potential of Heteroatom-Doped Graphene Nanoribbons as a Catalyst for Oxygen Reduction

Autor(es)

Cardoso, Eduardo S. F. ; Fortunato, Guilherme V. ; Rodrigues, Clauber D. ; Lanza, Marcos R. V. ; Maia, Gilberto

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: NANOMATERIALS; v. 13, n. 21, p. 22-pg., 2023-11-01.

Resumo

In this study, we created a series of N, S, and P-doped and co-doped carbon catalysts using a single graphene nanoribbon (GNR) matrix and thoroughly evaluated the impact of doping on ORR activity and selectivity in acidic, neutral, and alkaline conditions. The results obtained showed no significant changes in the GNR structure after the doping process, though changes were observed in the surface chemistry in view of the heteroatom insertion and oxygen depletion. Of all the dopants investigated, nitrogen (mainly in the form of pyrrolic-N and graphitic-N) was the most easily inserted and detected in the carbon matrix. The electrochemical analyses conducted showed that doping impacted the performance of the catalyst in ORR through changes in the chemical composition of the catalyst, as well as in the double-layer capacitance and electrochemically accessible surface area. In terms of selectivity, GNR doped with phosphorus and sulfur favored the 2e- ORR pathway, while nitrogen favored the 4e- ORR pathway. These findings can provide useful insights into the design of more efficient and versatile catalytic materials for ORR in different electrolyte solutions, based on functionalized carbon. (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: 17/10118-0 - 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: 23/01425-7 - Desenvolvimento de eletrocatalisadores baseados em carbono/metais não-nobres para a geração de peróxido de hidrogênio em aplicações ambientais
• Beneficiário: Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• 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: 23/10772-2 - Desenvolvimento de eletrocatalisadores baseados em carbono/metais não-nobres para a geração de peróxido de hidrogênio em aplicações ambientais
• Beneficiário: Eduardo dos Santos Freitas Cardoso
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Fixação de Jovens Doutores