Frente a los problemas medioambientales y energéticos, la nueva industria automovilística de la energía ha estado en auge. Un componente importante de los vehículos eléctricos, a diferencia de los coches tradicionales, es su sistema de baterías. Entre ellos, la pila de combustible utiliza el hidrógeno como la materia prima, el producto es el agua, es una clase de contaminación menos, el alto sistema ideal de la batería de la eficacia de la conversión de la energía. Sin embargo, frente a la comercialización a gran escala, las celdas de combustible también tienen una gran resistencia a los costos, su principal rendimiento en el cátodo de la batería necesita un gran número de catalizadores de metales preciosos basados en platino. Los materiales basados en platino son caros y tienen reservas limitadas, lo que dificulta enormemente la sostenibilidad de las celdas de combustible y las aplicaciones a gran escala.
Por lo tanto, es urgente preparar un nuevo tipo de catalizador del cátodo con funcionamiento excelente, precio bajo y reservas abundantes para substituir los catalizadores PT-basados. En vista de los problemas mencionados, bajo la dirección del académico Li contactar de CAs, el investigador Huangchang del Instituto de bioenergía y proceso de Qingdao, liderado por el grupo de investigación sobre materiales basados en carbono y aplicaciones de energía, diseñó un nuevo catalizador de material de carbono (Hsgdy) basado en grafito, que está conectado con hidrógeno en algunos átomos de carbono en el anillo de benceno. El diseño y la implementación de este material se basa en la exitosa síntesis y aplicación de una gran cantidad de materiales basados en grafito en las primeras etapas del grupo de investigación.
Los resultados han sido publicados en la revista internacional naturaleza-comunicaciones (Nature Communications, 2018, 9, 3376) y han sido seleccionadas para trabajos destacados. Gracias a la estructura única de la hsgdy, el grupo de investigación de materiales y aplicaciones energéticas a base de carbono controló con precisión el tipo de mezcla de nitrógeno y incorporó selectivamente los átomos de nitrógeno piridina más efectivos en el cátodo de la pila de combustible, logrando así un excelente rendimiento catalítico en el proceso posterior al tratamiento. Al mismo tiempo, el Hsgdy tiene un poro grande hexagonal, su abertura molecular de hasta 1,63 nm, es conducente al proceso de la reacción catalítica de reactivos y de productos de la transferencia total. La prueba electroquímica demostró que el hsgdy del nitrógeno de la piridina dopado era superior a los catalizadores carbón-cargados comerciales del platino bajo condiciones alcalinas. La densidad actual en el potencial de 0,85 v es de 1,6 veces la de los catalizadores comerciales de platino con carga de carbono con una mejor estabilidad y resistencia al envenenamiento con metanol que el platino cargado con carbono. Hsgdy nitrógeno-dopado piridina como nuevo catalizador del cátodo de la célula de combustible para substituir los catalizadores platino-basados tradicionales, demostrando gran potencial.
Este método, que realiza el dopaje exacto de los átomos heterogéneos a través del diseño de la estructura de materiales del carbón, también proporciona una nueva idea para la preparación de otros nano-materiales dopados.
El estudio fue apoyado por la Fundación Nacional de la ciencia natural de China, el proyecto dominante de la frontera de CAs y la Fundación de la ciencia natural de la provincia de Shandong.
