p Cientistas da Universidade Tsinghua, China, e a Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura, projetaram uma arquitetura de nanocarbono disperso intrínseco que hibridiza grafeno dopado com N e SWCNTs, que pode servir como um eletrocatalisador bifuncional superior para as reações de redução e evolução de oxigênio. p Hoje em dia, Sistemas de energia renováveis ​​e de alta capacidade, como células de combustível e baterias de metal-ar, são altamente desejados para abastecer a sociedade de forma sustentável. "Como as principais reações do eletrodo para tais sistemas de energia, ORR e OER, abreviação de redução de oxigênio e reação de evolução de oxigênio, são processos multieletrônicos e cineticamente lentos. Consequentemente, eletrocatalisadores de alta eficiência para essas reações são necessários para aumentar a taxa de reação, "diz o Dr. Qiang Zhang, um professor associado do Departamento de Engenharia Química, Universidade de Tsinghua. "Apesar da alta atividade catalítica, os catalisadores convencionais de metal nobre como Pt, Ru, e Ir, sofrem com o alto custo e baixa estabilidade. Como resultado, os cientistas estão buscando catalisadores substitutos de metais não nobres e até de materiais não metálicos. Materiais de nanocarbono dopados com heteroátomo proporcionam reatividade e desempenho catalítico muito melhorados. Nosso grupo explorou o crescimento in situ de grafeno dopado com N e híbridos SWCNT e seu desempenho eletrocatalítico superior para ORR e OER. "

p "Os hidróxidos duplos em camadas foram empregados como catalisador bifuncional para o crescimento simultâneo de grafeno e SWCNTs, formando a rede interconectada tridimensional, "Prof. Fei Wei diz Phys.org .

p Na realidade, O grupo de Zhang fez muitas pesquisas sobre a síntese de materiais de nanocarbono hierárquico com os hidróxidos duplos em camadas como catalisadores e alcançou grande progresso e produziu muitos artigos excelentes. "Quanto aos dois materiais nanocarbonados típicos, CNTs 1D e nanofolhas de grafeno 2D, ambos tendem a se agregar ou empilhar um com o outro devido às fortes forças de van der Waals. Isso dificulta a plena utilização dos sítios ativos para reações catalíticas. Na verdade, a integração de grafeno e CNTs em um material híbrido é uma estratégia bastante promissora para aumentar a dispersão de grafeno e CNTs, para herdar as vantagens do grafeno e dos CNTs, e obter uma rede 3D condutora térmica e eletrônica eficiente e eficaz, "Qiang diz." Os catalisadores bifuncionais derivados de FeMoMgAl LDHs incorporados com Fe NPs termicamente estáveis ​​não serviram apenas como um catalisador eficiente para o crescimento de SWCNTs dopados com N, mas também forneceu um substrato lamelar para a deposição modelada de grafeno dopado com N. Portanto, o crescimento simultâneo de grafeno dopado com N e SWCNTs pode ser alcançado com a conexão de ligação C-C covalente. "

p Com base neste conceito, Gui-Li Tian, um estudante de graduação e o primeiro autor, desenvolveu uma estratégia de deposição de vapor químico in-situ para a síntese híbrida de grafeno / SWCNT. "Grafeno dopado com N e SWCNTs estão intrinsecamente dispersos nesta nova arquitetura de carbono e os grupos funcionais contendo N estão bem dispersos no andaime condutor. Os híbridos como fabricados têm uma grande área de superfície, alta porosidade e também alto grau grafítico. Todos esses caracteres renderizam os híbridos de grafeno dopado com N / SWCNT com uma alta atividade de ORR, muito superior a dois componentes constituintes e até mesmo comparável aos catalisadores comerciais de 20% em peso de Pt / C com muito melhor durabilidade e resistência ao efeito de cruzamento, "diz Gui-Li. Além do mais, eles demonstraram que essa nova arquitetura de carbono também é eletrocataliticamente ativa para REA.

p "Isso indicou que o material híbrido é um eletrocatalisador bifuncional promissor para as células de combustível regenerativas e baterias recarregáveis ​​de metal-ar envolvendo eletroquímica de oxigênio, "diz o Dr. Dingshan Yu da Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura.

p "Prevemos que, em comparação com grafeno e CNTs aleatórios, mais aplicações potenciais podem surgir se as propriedades elétricas e ópticas aprimoradas de híbridos de grafeno / CNT dopados forem totalmente exploradas, "diz Qiang. Além disso, este trabalho também fornece uma plataforma estrutural para o projeto de materiais de interconexão 3D com caminhos de elétrons extraordinários, bem como superfície / interface ajustável que pode ser usada em áreas, como catálise, separação, entrega de drogas, conversão e armazenamento de energia.