Un equipo de investigadores del INMA (CSIC-UNIZAR), junto al Instituto de Carboquímica ICB – CSIC, ha desarrollado nanoestructuras de hierro y carbono (Fe-C) mediante tecnología láser capaces de favorecer dos rutas diferentes de una misma reacción: la reducción del oxígeno.
¿Y por qué es interesante? Porque dependiendo del tratamiento que recibe el material podemos orientarlo hacia dos aplicaciones muy distintas:
🧪 La ruta de 2 electrones (2e⁻) favorece la producción de peróxido de hidrógeno (H₂O₂). El catalizador optimizado alcanzó una eficiencia farádica del 94 % tras 24 horas de electrólisis.
🔋 La ruta de 4 electrones (4e⁻) favorece la formación de agua y permite utilizar el material como catalizador en baterías de zinc-aire, donde mostró una potencia y estabilidad comparables a las de un catalizador de referencia basado en platino.
La investigación demuestra así que es posible ajustar un mismo material para dirigir una reacción química hacia el resultado que nos interesa, utilizando además cantidades muy pequeñas de hierro -menos del 0,1 % en peso- y un proceso con potencial para ser escalado.
El trabajo ha sido publicado en Chemical Engineering Journal (CEJ) y está firmado por Ekaterina Pakrieva, Javier Hernández-Ferrer, Ana Rueda-Flores, Francisco Balas, Enrique García-Bordeje, Alejandro Ansón-Casaos, Oleg Usoltsev, Ana M. Benito, Wolfgang K. Maser and José L. Hueso.
👉 Una investigación que conecta nanomateriales, química y energía para avanzar hacia procesos y tecnologías electroquímicas más eficientes.
Tuning 2e− and 4e− oxygen reduction pathways in laser-driven Fe-C electrocatalysts for H2O2 production and Zn–air batteries
DOI: 10.1016/j.cej.2026.180589
Ekaterina Pakrieva, Javier Hernández-Ferrer, Ana Rueda-Flores, Francisco Balas, Enrique García-Bordeje, Alejandro Ansón-Casaos, Oleg Usoltsev, Ana M. Benito, Wolfgang K. Maser and José L. Hueso
Chemical Engineering Journal 546 (2026) 180589, 12th Aug. 2026
Abstract:
Electrocatalytic oxygen reduction plays a central role in electrochemical energy technologies and in the production of hydrogen peroxide. Achieving selective control over the two-electron (2e−) and four-electron (4e−) oxygen reduction reaction (ORR) pathways within a single catalyst platform remains challenging. Here, we report a laser-driven synthesis of Fesingle bondC nanostructures that enables tunable ORR selectivity through controlled post-treatment. Air annealing at 300 °C yields high H2O2 selectivity (~75% at 0.65 V vs RHE), attributed to oxygen-rich groups and well-developed mesoporosity. Notably, with an optimized 2-electron catalyst, 80 ppm of H2O2 with 94% faradaic efficiency was achieved after 24 h of electrolysis. In contrast, an ammonia based (NH3/N2) treatment at 900 °C promotes the formation of a microporous structure and the incorporation of nitrogen species, resulting in selective water production (~86% at 0.65 V vs RHE). The 4-electron catalyst delivers power and stability comparable to Pt/GC in a primary zinc–air battery. These findings demonstrate a practical approach for tuning ORR selectivity within a Fe-containing carbon-based platform, using scalable processing and trace Fe contents (<0.1 wt%) with Fe present as atomically dispersed sites, limiting leaching and Fenton-type reactions.
