Um grupo de pesquisa liderado pelo Prof. YANG Minghui no Instituto Ningbo de Tecnologia e Engenharia de Materiais (NIMTE) da Academia Chinesa de Ciências (CAS) descobriu que os catalisadores de nitreto de zircônio (ZrN) podem ser uma alternativa superior aos caros catalisadores de platina (Pt) para redução de oxigênio. O estudo foi publicado em Materiais da Natureza .

A maioria dos dispositivos de energia eletroquímica, como células de combustível e baterias de metal-ar, precisam de catalisadores para aumentar a potência em taxas aceitáveis. A reação de redução de oxigênio (ORR) é uma das reações mais fundamentais envolvidas em dispositivos de energia eletroquímica, que influenciou muito o fornecimento de energia dos dispositivos.

Pt é atualmente o catalisador ORR mais amplamente utilizado e comercial. Contudo, é um metal escassamente disponível (37 ppb na crosta terrestre) com alto custo (US $ 28,3 g-1 como preço médio de 2018), que limita as aplicações em larga escala de dispositivos de energia eletroquímica.

Abordar esta questão, o grupo de pesquisa usou uma rota de ureia-vidro em temperaturas moderadas para preparar nanopartículas de ZrN (NPs), que poderia substituir e até superar o Pt de alto custo como um catalisador para redução de oxigênio em condições alcalinas.

NPs de ZrN como sintetizados mostraram um alto desempenho de redução de oxigênio com a mesma atividade do catalisador comercial Pt-sobre-carbono (Pt / C) tradicional. Além disso, em soluções de KOH 0,1 M, ambos os materiais mostraram o mesmo potencial de meia onda (E1 / 2 =0,80 V) e ZrN exibiu uma maior estabilidade (ΔE1 / 2 =-3 mV) do que o catalisador Pt / C (ΔE1 / 2 =-39 mV) após 1, 000 ciclos ORR. Além do mais, ZrN entregou uma maior densidade de potência e ciclabilidade do que Pt / C em uma bateria de zinco-ar.

Parece que o ZrN é um excelente cocatalisador porque combina excelentes características de baixo custo, alta atividade e estabilidade superior, beneficiando na promoção de aplicações em larga escala de conversão de energia eletroquímica.

Além disso, este trabalho pode lançar luz sobre as investigações adicionais de catalisadores de nitreto eficientes e com boa relação custo-benefício, e pavimentar o caminho para o uso extensivo de energia limpa.