Pesquisa recente publicada em um artigo em NANO por uma equipe de pesquisadores da Beihang University fabricaram um novo tipo de VNQD-NG como eletrocatalisador não precioso à base de metal para reação de redução de oxigênio (ORR). As características estruturais únicas de pontos quânticos VN abundantes com tamanhos de 3-6 nm, área de superfície elevada e poros de vários níveis fornecem bordas estruturais consideráveis ​​e defeitos como locais ativos, maximizando os locais ativos expostos e fornecendo vias de transporte de elétrons suficientes para ORR. Isso tem aplicações práticas e comerciais significativas.

Uma equipe de pesquisadores da Universidade Beihang, em Pequim, A China demonstrou um novo tipo de catalisadores à base de metal não preciosos de baixo custo como uma alternativa aos catalisadores à base de platina para a reação de redução de oxigênio. Em seu trabalho, um novo tipo de pontos quânticos de nitreto de vanádio ancorados homogeneamente em grafeno dopado com nitrogênio (denotado como VNQD-NG) é fabricado por um método hidrotérmico simples e subsequente processo de recozimento de amônia. O VNQD-NG exibe alta atividade eletrocatalítica, longa durabilidade e alta seletividade para ORR, superior ao Pt-C comercialmente disponível. Seu relatório aparece na próxima edição da revista NANO .

O desenvolvimento de eletrocatalisadores adequados para ORR é significativo para as aplicações práticas de células de combustível e baterias de metal-ar devido à lentidão cinética de ORR com um processo complexo de transferência de quatro elétrons. Apesar da alta eficiência da platina (Pt) e ligas à base de Pt para ORR, seu alto custo, juntamente com as raras reservas na natureza, impede amplamente a aplicação prática em grande escala. Portanto, o desenvolvimento de catalisadores à base de metal não preciosos de baixo custo como uma alternativa aos catalisadores à base de Pt é crucial. O nitrito de vanádio (VN) não só tem a estrutura semelhante e alta densidade de estados aos dos nitretos de metal de transição acima, mas também mostra boa resistência à corrosão e alta condutividade elétrica, mantendo uma grande promessa como um eletrocatalisador ativo para ORR.

O VNQD-NG conforme preparado possui numerosos pontos quânticos de dimensão zero (0D) VN (QDs) com os tamanhos de 3? 6 nm ancorados homogeneamente na superfície de grafeno dopado com nitrogênio, proporcionando consideráveis ​​bordas estruturais e defeitos como locais ativos para ORR. Além disso, as nanofolhas VNQD-NG podem construir simultaneamente uma arquitetura porosa tridimensional (3-D) para maximizar os locais ativos expostos e fornecer vias de transporte de elétrons suficientes durante o ORR. Os pesquisadores executaram medições de voltamograma cíclico (CV) em uma solução aquosa de KOH 0,1 M para investigar as características de ORR de amostras de VNQD-NG, refletindo uma atividade eletrocatalítica proeminente do VNQD-NG para redução de oxigênio. As medições cronoamperométricas mostram que uma forte resposta de corrente ocorre no catalisador Pt-C quando o metanol 3 M foi injetado em uma solução saturada de oxigênio, enquanto o VNQD-NG mantém uma corrente estável sem qualquer resposta distinta. Pelo visto, o híbrido VNQD-NG exibe uma alta seletividade ao metanol no eletrólito alcalino, tolerância a efeitos de crossover causados ​​por moléculas de combustível que permeiam a membrana do polímero. Os pesquisadores também realizaram as medições de eletrodo de disco em anel rotativo (RRDE) para verificar a cinética eletroquímica ORR de VNQD-NG, exibindo um potencial de início ORR comparável ao do catalisador Pt-C, e maior número de transferência de elétrons (n) e densidade de corrente cinética-limitante (Jk) do que aquele de Pt-C comercial e outros catalisadores não-Pt. A resposta coronoamperométrica de tempo atual (i? T) para VNQD-NG revela uma atenuação bastante baixa de 77% após 30 000 s, o que fornece mais evidências de que a estabilidade do VNQD-NG é superior à do Pt-C comercial (60%).

VNQD-NG exibe alta atividade eletrocatalítica, alta seletividade e longa durabilidade para ORR, melhor do que Pt-C comercialmente disponível. Essas conquistas podem fornecer uma extensão do desenvolvimento de vários outros pontos quânticos de nitreto de metal poroso 3-D em grafeno para amplas aplicações em sensores, catálise, e outros dispositivos eletrônicos.