Des recherches récentes publiées dans un article de NANO par une équipe de chercheurs de l'Université de Beihang ont fabriqué un nouveau type de VNQD-NG en tant qu'électrocatalyseur à base de métaux non précieux pour la réaction de réduction de l'oxygène (ORR). Les caractéristiques structurelles uniques des nombreux points quantiques VN avec des tailles de 3 à 6 nm, une surface spécifique élevée et des pores à plusieurs niveaux offrent des bords et des défauts structurels considérables en tant que sites actifs, maximiser les sites actifs exposés et fournir des voies de transport d'électrons suffisantes pour l'ORR. Cela a d'importantes applications pratiques et commerciales.

Une équipe de chercheurs de l'Université Beihang à Pékin, La Chine a fait la démonstration d'un nouveau type de catalyseurs à base de métaux non précieux à faible coût comme alternative aux catalyseurs à base de platine pour la réaction de réduction de l'oxygène. Dans leur travail, un nouveau type de points quantiques de nitrure de vanadium ancrés de manière homogène sur du graphène dopé à l'azote (appelé VNQD-NG) est fabriqué par une méthode hydrothermale simple et un processus de recuit à l'ammoniac ultérieur. Le VNQD-NG présente une activité électrocatalytique élevée, longue durabilité et haute sélectivité pour l'ORR, supérieur au Pt-C disponible dans le commerce. Leur rapport paraît dans le prochain numéro de la revue NANO .

Le développement d'électrocatalyseurs appropriés pour l'ORR est important pour les applications pratiques des piles à combustible et des batteries métal-air en raison de la lenteur cinétique de l'ORR avec un processus de transfert complexe à quatre électrons. Malgré la haute efficacité du platine (Pt) et des alliages à base de Pt pour l'ORR, leur coût élevé ainsi que les rares réserves dans la nature entravent largement l'application pratique à grande échelle. Par conséquent, Le développement de catalyseurs à base de métaux non précieux à faible coût comme alternative aux catalyseurs à base de Pt est crucial. Le nitrite de vanadium (VN) a non seulement la structure similaire et la haute densité d'états à ceux des nitrures de métaux de transition ci-dessus, mais montre également une bonne résistance à la corrosion et une conductivité électrique élevée, très prometteur en tant qu'électrocatalyseur actif pour l'ORR.

Le VNQD-NG tel que préparé possède de nombreux points quantiques (QD) VN de dimension zéro (0D) avec des tailles de 3 à 6 nm ancrés de manière homogène sur la surface du graphène dopé à l'azote, offrant des bords et des défauts structurels considérables en tant que sites actifs pour l'ORR. De plus, les nanofeuillets VNQD-NG peuvent simultanément construire une architecture poreuse tridimensionnelle (3-D) pour maximiser les sites actifs exposés et fournir des voies de transport d'électrons suffisantes pendant l'ORR. Les chercheurs ont effectué des mesures de voltamogramme cyclique (CV) dans une solution aqueuse de KOH 0,1 M pour étudier les caractéristiques ORR des échantillons VNQD-NG, reflétant une activité électrocatalytique importante du VNQD-NG pour la réduction de l'oxygène. Les mesures chronoampérométriques montrent qu'une forte réponse en courant se produit au niveau du catalyseur Pt-C lorsque du méthanol 3 M a été injecté dans une solution saturée en oxygène, alors que le VNQD-NG maintient un courant stable sans aucune réponse distincte. Apparemment, l'hybride VNQD-NG présente une sélectivité élevée en méthanol dans l'électrolyte alcalin, tolérance aux effets croisés causés par les molécules de carburant pénétrant à travers la membrane polymère. Les chercheurs ont également effectué les mesures de l'électrode à disque annulaire rotative (RRDE) pour vérifier la cinétique électrochimique de l'ORR de VNQD-NG, présentant un potentiel de déclenchement ORR comparable à celui du catalyseur Pt-C, et un nombre de transfert d'électrons (n) et une densité de courant limitant la cinétique (Jk) plus élevés que ceux du Pt-C commercial et d'autres catalyseurs sans Pt. La réponse choronoampérométrique actuelle (i?t) pour VNQD-NG révèle une atténuation assez faible de 77 % après 30 000 s, ce qui fournit une preuve supplémentaire que la stabilité du VNQD-NG est supérieure à celle du Pt-C commercial (60 %).

VNQD-NG présente une activité électrocatalytique élevée, haute sélectivité et longue durée de vie pour l'ORR, mieux que le Pt-C disponible dans le commerce. Ces réalisations pourraient fournir une extension du développement de divers autres points quantiques de nitrure de métal poreux 3-D sur le graphène pour de larges applications dans les capteurs, catalyse, et autres appareils électroniques.