Réseaux de carbone poreux dopés à l'azote dérivés du nitrure de carbone graphitique pour la réduction d'oxygène haute performance

Résumé

La réaction de réduction d'oxygène (ORR) sous-tend le fonctionnement des piles à combustible et des batteries métal-air. Bien que les catalyseurs à base de platine offrent une haute activité, leur coût, leur durabilité limitée et leur sensibilité au méthanol entravent la commercialisation. Ici, nous rapportons une synthèse simple et évolutive de réseaux de carbone poreux dopés à l'azote (NC-T) qui combinent une grande surface spécifique, une teneur riche en azote et d'excellentes performances ORR sans métaux nobles. Le nitrure de carbone graphitique (g-C₃N₄) sert simultanément de modèle structural et de source d'azote, tandis que la dopamine (DA) fournit le squelette carboné. Après un revêtement hydrothermal à 120–160 °C et une pyrolyse en une seule étape à 900 °C, le matériau NC-120 résultant présente une surface spécifique de 954 m² g⁻¹ et 5,71 % d'azote. Les tests électrochimiques dans 0,1 M KOH révèlent un potentiel d'amorçage de 0,224 V vs. RHE, une densité de courant limite comparable au Pt/C commercial, et une tolérance au méthanol et une stabilité de cyclage supérieures. Ce travail démontre une voie sans métal, rentable, vers des catalyseurs ORR à haute activité qui peuvent être directement intégrés dans les piles à combustible de prochaine génération.