ELECTROCATALIZADORES DE OG DOPADOS CON N Y FUNCIONALIZADOS CON FE PARA CONVERSIÓN DE OXÍGENO: EFECTO DEL MÉTODO DE SÍNTESIS

Kevin José Del Castillo Silva, Beatriz Ruiz Camacho, Adriana Medina Ramírez

Resumen


El desarrollo de catalizadores bifuncionales rentables, estables y de alta eficiencia para la reacción de reducción de oxígeno (RRO) y la reacción de evolución de oxígeno (REO) constituye un desafío clave en tecnologías de conversión y almacenamiento de energía. Este proyecto busca evaluar de manera electroquímica un material bifuncional de óxido de grafeno (OG) dopado con nitrógeno y funcionalizados con hierro (Fe) sintetizado a partir de un método térmico (in-situ) e hidrotermal (post-síntesis). Se encontró que el material Fe-N-OG IS preparado de manera in situ mejoró la actividad electroquímica para la RRO, respecto al OG. En el caso de la REO, la mayor actividad electroquímica se obtuvo con el Fe-OG seguida del Fe-N-OG IS. Mediante difracción de rayos X (DRX) se encontraron los planos cristalográficos para el grafitoy para especies de hierro metálico(Fe)y Fe3O4.El análisis por espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS) confirmó la coexistencia de especies Fe²⁺ y Fe³⁺, destacando la importancia de esta última en la actividad electrocatalítica. Estos resultados revelan el potencial de los sistemas Fe–N–C derivados de óxido de grafeno como alternativas prometedoras a los catalizadores basados en metales nobles

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Referencias


Gecarbon (2020). Electrocatálisis para las reacciones de reducción y evolución de oxígeno y su implicación en el almacenamiento de energía renovable. https://www.gecarbon.org/boletines/articulos/BoletinGEC_055-art05.pdf

Fabbri, E., y Schmidt, T.J. (2018). Oxygen Evolution Reaction—The Enigma in Water Electrolysis. ACS Catalysis, 8(10), 9765-9774. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b02712

Fan, X., Xu, Z., Wang, J., Wang, H., Wei, H., Wang, Q., Wang, C., y Shen, Q. (2023). Constructing magnetic iron-based core–shell structure and dielectric nitrogen-doped reduced graphene oxide nanocomposite for enhanced microwave absorption performance. Applied Surface Science, 608, 155013. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.155013

Humayun, A., Manivelan N., Y., y Peabakar, K. (2024). Charge transfer in n-FeO and p-α-Fe₂O₃ nanoparticles for Efficient Hydogen and Oxyygen Evolution Reaction. Nanomaterials, 14(18), 15150. https://doi.org/10.3390/nano14181515

Jiao, X., Qiu, Y., Zhang, L., y Zhang, X. (2017). Comparison of the characteristic properties of reduced graphene oxides synthesized from natural graphite with different graphitization degrees. RSC Advances, 7(82 ),52337–52344. https://doi.org/10.1039/C7RA10809E

Kakaei, K., Aykut, Y., y Bayrakceken, A. (2025). Facile synthesis multifaceted Fe₃O₄ based on N-doped porous carbon frameworks for ORR/OER and study of an external magnetic field. Electrochimica Acta, 541, 147319. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2025.147319

Lee, J.Y., Shin, D.Y., Park, H-Y., Lee, S-S., Kwon, S.J, Lim, D-H., Bong, K.W., Son, J.G., y Kim, J.Y. (2017). Nitrogen-doped graphene-wrapped iron nanofragments for high-performance oxygen reduction electrocatalysts. Journal of Nanoparticle Research, 19, 98. https://doi.org/10.1007/s11051-017-3793-y

Luque-Centeno, J. M., Martínez-Huerta, M. V., Sebastián, D., Lemes, G., Pastor, E., y Lázaro, M. J. (2018). Bifunctional N-doped graphene Ti and Co nanocomposites for oxygen reduction and evolution reactions. Renewable Energy, 125, 182–192. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.02.073

Martínez-Huerta, M.V., y Lázaro M.J. (2017). Electrocatalysts for low temperature fuel cells. Catalysis Today, 285(1), 3-12. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2017.02.015

Parvez, K., Yang, S., Hernandez, Y., Winter, A., Turchanin, A., Feng, X. y Müllen, K. (2012). Nitrogen-doped graphene and its iron-based composite as efficient electrocatalysts for oxygen reduction reaction. ACS Nano, 6(11), 9541-9550. https://doi.org/10.1021/nn302674k

Schöttner, L., Nefedov, A., Yang, C., Heissler, S., Wang, Y., y Wöll, C. (2019). Structural evolution of α-Fe₂O₃(0001) surfaces under reduction conditions monitored by infrared spectroscopy. Frontiers in Chemistry, 7, 451. https://doi.org/10.3389/fchem.2019.00451

Wang, Y., Liu, W., Wang, R., Wang, Q., Luo, S., Hou, P., Zhang, Y., Yan, S., Liu, X., y Guo, J. (2024). Preparation of High-Efficiency Fe/N-Doped Carbon Catalysts Derived from Graphite Phase Carbon Nitride for Reduction of Oxygen. Catalysts, 14(4), 279. https://doi.org/10.3390/catal14040279

Ye, Y., Wang, B., Liu, G., Xu, L., Xia, J., y Li, H. (2019). Fe₂O₃ nanoparticles modified 2D N-doped porous graphene-like carbon as an efficient and robust electrocatalyst for oxygen reduction reaction. ChemistrySelect, 4(14), 4131–4139. https://doi.org/10.1002/slct.201900533

Zhang, J., Wang, J., Fu, Y., Peng, X., Xia, M., Peng, W., Liang, Y., y Wei, W. (2025). Nanoscale Fe3O4 Electrocatalysts for Oxygen Reduction Reaction. Molecules, 30(8), 1753. https://doi.org/10.3390/molecules30081753

Zhang, Y., He, P., y Zhuo, D. (2023). Fe/N-Doped Carbon Framework Derived from ZIF-8 on Graphene Oxide for Efficient Oxygen Reduction Reaction. Electron. Mater Lett., 20, 95–101. https://doi.org/10.1007/s13391-023-00441-4


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