Nas últimas décadas, a geração de energia renovável, especialmente a partir de células a combustível de membrana trocadora de prótons (PEMFCs), tem atraído a atenção de pesquisadores devido à sua eficiência em conversão de energia e sua contribuição para a redução da poluição proveniente da queima de combustível fóssil. Usualmente, são utilizados eletrocatalisadores compostos de metais nobres, como por platina e ligas de platina, para aumentar a velocidade da reação de redução de oxigênio e a eficiência da conversão eletroquímica de energia. No entanto, a alta escassez e o custo desses catalisadores são responsáveis por uma parcela significativa dos custos das PEMFCs. Devido a isso, diversas pesquisas tem se concentrado em eletrocatalisadores livres de metais nobres, com destaque para os catalisadores "single-atom"(SACs). Especialmente, os SACs derivados da pirólise de carbono dopado com metais de transição e nitrogênio (M-N-C), principalmente Fe e Co devido ao baixo custo e alta abundância, têm se destacado como alternativas viáveis para a RRO. O Fe-N-C apresenta estabilidade e alta atividade catalítica para RRO, sendo, assim, um dos materiais mais promissores para substituir a platina em células a combustível. Neste estudo, é realizado uma avaliação eletroquímica do catalisador Fe-N-C para a RRO em meio ácido, além da proposição de modelos cinéticos e mecanismo reacional. O catalisador apresenta um potencial "onset"de aproximadamente 0,80 V vs. RHE, densidade de corrente de troca de 7,63.10-8 A cm-2, valor compatível com as ligas de platina, baixa resistência de transferência de carga e baixo grau de recobrimento do intermediário. A inclinação de Tafel de 121,65 mV dec-1 indica que a primeira transferência eletrônica é a etapa mais lenta da reação. As constantes de velocidade obtidas demonstram que a reação ocorre via paralela, com contribuição majoritária pela via direta. Portanto, o catalisador estudado apresenta uma boa atividade catalítica para a RRO, com o mecanismo de reação via paralela e formação de peróxido de hidrogênio como intermediário.

In the last decades the generation of renewable energy, especially that provided by proton exchange membrane full cells (PEMFCs), has attracted researchers attention due to its efficiency for energy conversion and its contribution for mitigating the pollution generated by fossil fuel' burning. However, there are still challenges in its applicability, like the significant energy losses due to the slow kinetics associeted with the oxygen reduction reaction (ORR) at the cathode of these devices. Usually, electrocatalysts composed by noble metals, such as platinum and platinum alloys, are used for boosting the ORR rate and improving the eletrochemical energy conversion. Nevertheless, the high scarcity and price of these catalysts are responsible for significant part of the costs in PEMFCs. For this reason, researches have focused in electrocatalysts free platinum group metals, with emphasis in singles atom catalysts (SACs). Specifically, SACs based in carbon doped with transition metals (mainly Fe and Co) and nitrogen pyrolysis have emerged as feasible alternatives for ORR due to their low prices and high abundance. Namely, Fe-N-C catalysts show stability and high catalytic activity for ORR, being the most promising material to replace platinum in cathodes of full cell. In this study, we performed an electrochemical evaluation of the Fe-N-C catalyst for ORR in acidic media and proposed a kinetic model for the reaction. The catalyst has a potential onset of 0.80 V (vs. RHE), an exchange current density as 7.63.10-8 A cm-2 (a compatible value with platinum alloys), low charge transfer resistance and a low coverage degree of the intermediate. The Tafel's slope (121.65 mV dec-1) indicates that the first electronic transfer is the rate-determining step of the reaction. The rate constant obtained has demonstrated that the reaction proceeds mostly through the direct pathway, although a parallel pathway can also be discernd. Therefore, the catalyst investigated presents a good catalytic activity toward RRO with hydrogen peroxide production as an intermediate species of the parallel pathway.