用可热移除的纳米粒子模板制备的半孔性N-化碳:一种有效的氧降解反应电催化剂

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电化学 电化学 电化学
• 纳米技术纳米技术

背景情况:

• 开发高效的氧降解反应 (ORR) 电催化剂对于清洁能源技术至关重要.
• 添加碳材料具有有前途的催化性能,但在合成过程中经常遭受结构崩.
• 铁基材料可以作为有效的ORR催化剂,但需要稳定,高表面积的支.

研究的目的:

• 使用可热移除的纳米粒子模板制造自支的配合的半孔碳 (Fe-N/C).
• 研究合成的Fe-N/C材料的结构和电化学特性.
• 评估Fe-N/C催化剂的ORR性能,并将其与商业催化剂进行比较.

主要方法:

• 通过单热水法合成FeO(OH) 纳米棒.
• 铁-N/C的制造方法是用含有FeO (OH) 的纳米棒作为模板的聚二乙烯酸溶解.
• 材料属性的表征,包括表面积和孔隙性.
• 使用旋转盘电极 (RDE) 电量计对ORR活性,选择性,稳定性和甲醇耐受性的电化学评估.

主要成果:

• 形成的半孔碳骨架的初始表面积为~400 m2/g,在提取模板后增强到934.8 m2/g.
• Fe-N/C-800催化剂表现出优异的ORR性能:+0.98V与RHE的开始潜力,高选择性 (n>3.95在+0.75V与RHE),以及出色的稳定性.
• 合成的Fe-N/C催化剂表现出比商业Pt/C更好的性能和甲醇耐受性.

结论:

• 热可移除的FeO(OH) 纳米颗粒有效地模拟了N-doped介质碳的形成.
• 由此产生的Fe-N/C材料具有很大的表面积和活性点,导致了显著的ORR电催化活性.
• 这些Fe-N/C催化剂代表了性介质中ORR的基于Pt的催化剂的有希望的替代品.