Een onderzoeksgroep onder leiding van prof. YANG Minghui van het Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) ontdekte dat zirkoniumnitride (ZrN)-katalysatoren een superieur alternatief zouden kunnen zijn voor dure platina (Pt)-katalysatoren voor zuurstofreductie. De studie is gepubliceerd in Natuurmaterialen .

De meeste elektrochemische energieapparaten, zoals brandstofcellen en metaal-luchtbatterijen, katalysatoren nodig om het vermogen tegen aanvaardbare snelheden te verhogen. Zuurstofreductiereactie (ORR) is een van de meest fundamentele reacties die betrokken zijn bij elektrochemische energieapparaten, die de vermogensafgifte van apparaten sterk heeft beïnvloed.

Pt is momenteel de meest gebruikte en commerciële ORR-katalysator. Echter, het is een nauwelijks verkrijgbaar metaal (37 ppb in de aardkorst) met hoge kosten (US $ 28,3 g-1 als de gemiddelde prijs van 2018), die de grootschalige toepassingen van elektrochemische energie-apparaten beperkt.

Om dit probleem aan te pakken, de onderzoeksgroep gebruikte een ureum-glas-route bij gematigde temperaturen om ZrN-nanodeeltjes (NP's) te bereiden, die het dure Pt als katalysator voor zuurstofreductie onder alkalische omstandigheden zou kunnen vervangen en zelfs overtreffen.

As-gesynthetiseerde ZrN NP's vertoonden een hoge zuurstofreductieprestatie met dezelfde activiteit als die van de traditionele Pt-op-koolstof (Pt/C) commerciële katalysator. Verder, in 0,1 M KOH-oplossingen, beide materialen vertoonden hetzelfde halfgolfpotentieel (E1/2 =0,80 V) en ZrN vertoonde een hogere stabiliteit (ΔE1/2 =-3 mV) dan de Pt/C-katalysator (ΔE1/2 =-39 mV) na 1, 000 ORR-cycli. Daarnaast, ZrN leverde een grotere vermogensdichtheid en recycleerbaarheid dan Pt/C in een zink-luchtbatterij.

Het lijkt erop dat ZrN een uitstekende co-katalysator is omdat het uitstekende eigenschappen combineert met lage kosten, hoge activiteit en superieure stabiliteit, profiteren bij het bevorderen van de grootschalige toepassingen van elektrochemische energieomzetting.

Bovendien, dit werk kan licht werpen op het verdere onderzoek naar kosteneffectieve en efficiënte nitridekatalysatoren, en de weg vrijmaken voor het grootschalige gebruik van schone energie.