Dans un rapport publié dans Nano , une équipe de chercheurs de l'Université des sciences et de l'ingénierie du Sichuan, La Chine a développé des catalyseurs de métaux de transition encapsulés dans du carbone dopé N pour les réactions de réduction de l'oxygène (ORR) et les réactions de dégagement d'oxygène (OER) afin d'optimiser les performances des batteries zinc-air.

Une couche de carbone poreuse tridimensionnelle de type graphène encapsulée Fe/Fe 3 Le C (Fe@NCG) a été préparé par pyrolyse du mélange de chélate de Fechitosan assemblé sans solvant et d'urée avec une petite source d'azote moléculaire. L'effet limitant l'espace du chélate a supprimé l'agglomération de Fe ³⁺ ions, et la petite source d'azote moléculaire a favorisé la régulation de la configuration de N. La batterie zinc-air assemblée avec un catalyseur Fe@NCG montre de bonnes performances.

Le catalyseur Fe@NCG montre une activité catalytique bifonctionnelle ORR/OER remarquable avec un potentiel demi-onde de 0,86 V pour l'ORR et une différence de potentiel modérée de 0,85 V en milieu alcalin. "La batterie zinc-air assemblée avec Fe@NCG comme catalyseur positif et négatif a montré une bonne plate-forme de décharge, densité de puissance de crête élevée, haute densité énergétique, et une stabilité de cycle élevée." déclare Lei Ying, Doctorat., l'auteur correspondant de l'article.

La particularité de l'étude est que le Fe@NCG a été préparé en pyrolysant des chélates de fechitosan formés sans solvant et de l'urée source d'azote à petite molécule supplémentaire. Le dopage à l'azote in situ et la gravure du chitosane carbonisé auto-dopé à l'azote par le gaz CN produit par g-C 3 N 4 décomposition (comme C 2 N 2 ⁺ , C 3 N 2 ⁺ , C 3 N 3 ⁺ ) est utile à la régulation de la structure électronique et à la formation de la structure des pores dans le squelette carboné.

De plus, la distribution uniforme de Fe pourrait être attribuée à l'effet de confinement spatial chélatant au niveau moléculaire du précurseur de composé chélaté Fe-chitosan, dans lequel le chitosane moléculaire a servi de « barrière » pour réduire efficacement l'agrégation excessive de Fe ³⁺ ions. Le groupe a ensuite testé les performances électrocatalytiques du produit.

Le travail de cette équipe de chercheurs de l'Université des sciences et de l'ingénierie du Sichuan a conduit au développement passionnant de matériaux électrocatalytiques. Ce travail suggère qu'une stratégie simple et universelle peut également être étendue à la synthèse d'autres électrocatalyseurs de métaux de transition recouverts de carbone.

L'une des frontières les plus fascinantes dans ce domaine de recherche pourrait être de combiner la stratégie de confinement de l'espace chélateur et la régulation de la configuration N. La compréhension de ces processus permettra d'améliorer les performances des matériaux et équipements, qui améliorera la vie de chacun d'entre nous. Plus récemment, le groupe a travaillé sur les conversions multifonctionnelles de matériaux électrocatalytiques et l'assemblage de dispositifs.