En forskargrupp ledd av prof. YANG Minghui vid Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) upptäckte att zirkoniumnitrid (ZrN)-katalysatorer kan vara ett överlägset alternativ till dyra platina (Pt)-katalysatorer för syrereduktion. Studien publicerades i Naturmaterial .

De flesta elektrokemiska energianordningar, som bränsleceller och metall-luftbatterier, behöver katalysatorer för att öka kraften till acceptabla hastigheter. Syre reduceringsreaktion (ORR) är en av de mest grundläggande reaktionerna som ingår i elektrokemiska energianordningar, vilket i hög grad har påverkat strömleveransen från enheter.

Pt är för närvarande den mest använda och kommersiella ORR-katalysatorn. Dock, det är en knappt tillgänglig metall (37 ppb i jordskorpan) med hög kostnad (28,3 g-1 USD som genomsnittspriset 2018), vilket begränsar de storskaliga tillämpningarna av elektrokemiska energianordningar.

För att lösa detta problem, forskargruppen använde en urea-glasväg vid måttliga temperaturer för att framställa ZrN-nanopartiklar (NPs), som kan ersätta och till och med överträffa den höga kostnaden Pt som katalysator för syrereduktion under alkaliska förhållanden.

Syntetiserade ZrN NP visade en hög syrereduktionsprestanda med samma aktivitet som den för den traditionella Pt-på-kol (Pt/C) kommersiella katalysatorn. Vidare, i 0,1 M KOH-lösningar, båda materialen visade samma halvvågspotential (E1/2 =0,80 V) och ZrN uppvisade en högre stabilitet (ΔE1/2 =-3 mV) än Pt/C -katalysatorn (ΔE1/2 =-39 mV) efter 1, 000 ORR-cykler. Förutom, ZrN levererade en större effekttäthet och cyklerbarhet än Pt/C i ett zink-luftbatteri.

Det verkar som att ZrN är en enastående samkatalysator eftersom den kombinerar utmärkta funktioner till låg kostnad, hög aktivitet och överlägsen stabilitet, gynnas av att främja storskaliga tillämpningar av elektrokemisk energiomvandling.

Dessutom, detta arbete kan belysa de ytterligare undersökningarna av kostnadseffektiva och effektiva nitridkatalysatorer, och bana väg för omfattande användning av ren energi.