Atividade eletrocatalítica do grafeno dopado com nitrogênio na reação de redução do oxigênio para aplicação em células a combustível
Células a combustível são
dispositivos promissores para geração de
energia elétrica de baixo impacto ambiental,
todavia sua comercialização em larga
escala é dificultada pelo preço proibitivo
dos eletrocatalisadores utilizados na reação
de redução do oxigênio (RRO). Portanto
faz-se necessário o desenvolvimento
de eletrocatalisadores de baixo custo
eficientes para a RRO. O grafeno dopado
com nitrogênio vem destacando-se como
uma alternativa interessante por conta da
elevada condutividade elétrica do grafeno e
da criação de sítios ativos devido à dopagem.
Objetivando contribuir para a construção de
um entendimento sólido acerca da influência
da dopagem com nitrogênio sobre a atividade
eletrocatalítica do grafeno na RRO, foi realizada
a dopagem do grafeno com nitrogênio por
tratamento térmico, sua caracterização através
de difração de raios X, microscopia eletrônica de
varredura e voltametria cíclica, e sua aplicação
na eletrocatálise da RRO com um sistema de
eletrodo de disco rotatório. A dopagem com
nitrogênio melhorou a atividade do grafeno
na RRO (com potencial de início maior que o
da reação eletrocatalisada pelo grafeno puro,
0,905 e 0,815 V vs. ERH, respectivamente), e
promoveu sua seletividade pela via de redução
total direta do oxigênio. Portanto a dopagem
com nitrogênio é uma alternativa viável para
o desenvolvimento de eletrocatalisadores livres de metal para a RRO em células a
combustível e se espera estudos adicionais nesse tópico no futuro.
Atividade eletrocatalítica do grafeno dopado com nitrogênio na reação de redução do oxigênio para aplicação em células a combustível
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DOI: 10.22533/at.ed.0751902082
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Palavras-chave: Grafeno dopado com nitrogênio, reação de redução do oxigênio, eletrocatálise.
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Keywords: Nitrogen-doped graphene, oxygen reduction reaction, electrocatalysis.
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Abstract:
Fuel cells are promising devices for low environmental impact electric
energy generation, however its large-scale commercialization is greatly hindered by
the prohibitive cost of the electrocatalysts used in the oxygen reduction reaction (ORR).
Therefore the development of low cost efficient ORR electrocatalysts is of paramount
importance. Nitrogen-doped graphene stands out as an interesting alternative because
of the high electrical conductivity of graphene and the creation of active sites due
to doping. Aiming to contribute to the construction of a solid understanding of the
nitrogen doping influence on graphene ORR electrocatalytic activity, nitrogen doping
of graphene by thermal treatment, its characterization by X-ray diffraction, scanning
electronic microscopy and cyclic voltammetry, and its ORR electrocatalysis application
with a rotating disk electrode system were carried out in this work. Nitrogen doping
improved graphene activity in the RRO (with a higher onset potential than that of the
electrocatalysed reaction with pure graphene, 0,905 and 0,815 V vs. ERH, respectively),
and promoted its selectivity towards the direct complete reduction of oxygen. Thus
nitrogen doping is a viable alternative for the development of metal-free electrocatalysts
for ORR in fuel cells and further studies on this topic are expected in the future.
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Número de páginas: 15
- Raimundo Ribeiro Passos
- Leandro Aparecido Pocrifka
- Luiz Kleber Carvalho de Souza
- Aluísio José Cordeiro Pinto Júnior
- Vera Lúcia da Silva Marinho
- Consuelo Alves da Frota
- Raquel Alves Corrêa Lima
