熱的に除去可能なナノ粒子テンプレートで準備されたメソポラスなN-ドーピングされた炭素:酸素還元反応のための効率的な電気触媒

科学分野:

• マテリアルサイエンス 材料科学
• 電気化学 電気化学について
• ナノテクノロジー ナノテクノロジー

背景:

• 酸素還元反応 (ORR) のための効率的な電気触媒の開発は,クリーンエネルギー技術にとって極めて重要です.
• 窒素ドーピングされた炭素材料は有望な触媒特性を持っていますが,合成中に構造的な崩壊をしばしば経験します.
• 鉄基の材料は,効果的なORR触媒として機能しますが,安定した,高表面積のサポートが必要です.

研究 の 目的:

• 熱的に取り外せるナノ粒子テンプレートを使用して,自己支える窒素ドーピングメソポラス炭素 (Fe-N/C) を製造する.
• 合成されたFe-N/C材料の構造的および電気化学的性質を調査する.
• Fe-N/C触媒のORR性能を評価し,商用プラチナ触媒と比較する.

主な方法:

• ワンポット水熱法によるFeO(OH) ナノロッドの合成.
• テンプレートとしてFeO (OH) ナノロッドを含むポリ (poly) ・2-フッ素アニリンのピロリスによるFe-N/Cの製造.
• 表面積と多孔性を含む材料の性質の特徴.
• 回転円盤電極 (RDE) ヴォルタメトリを用いたORR活性,選択性,安定性,メタノール耐性の電気化学的評価.

主要な成果:

• メソポラスな炭素骨格が形成され,初期表面積は ~400 m2/gで,模板の除去後に934.8 m2/gに拡大された.
• Fe-N/C-800触媒は優れたORR性能を示した:+0.98V対RHEの発生可能性,高い選択性 (n>3.95で+0.75V対RHE),および優れた安定性.
• 合成されたFe-N/C触媒は,商用Pt/Cよりも優れた性能とメタノール耐性を示した.

結論:

• 熱的に除去可能なFeO (((OH)) ナノ粒子は,N-ドーピングされたメソポラス炭素の形成を効果的にテンプレートしました.
• その結果生じるFe-N/C材料は,高い表面積と活性部位を有し,顕著なORR電解活性をもたらします.
• これらのFe-N/C触媒は,アルカリ媒体のORRのためのPtベースの触媒の有望な代替品です.