Dual active sites of the Co2N and single-atom Co–N4 embedded in nitrogen-rich nanocarbons: a robust electrocatalyst for oxygen reduction reactions

催化作用 电催化剂 材料科学 煅烧 甲醇 氧还原反应 氮气 金属 氧气 化学工程 无机化学 电极 化学 电化学 物理化学 有机化学 冶金 工程类
作者
Qian Ke,Liu Yang,Yubei Gao,Xi‐Lin Wu,Feng Chen,Shoujie Liu,Hongjun Lin,Cheng‐Zong Yuan,Jianrong Chen
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:31 (16): 165401-165401 被引量:17
标识
DOI:10.1088/1361-6528/ab6471
摘要

The development of low-cost, highly efficient and durable non-precious-metal (NPM) electrocatalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) is of great significance. Herein, we report an ingenious two-step strategy for the fabrication of NPM electrocatalysts containing multifarious cobalt species embedded in nitrogen-rich nanocarbons (Co-N-C). Firstly, Co ions were fixed by coordination with 1H-Imidazo[4,5-f][1,10]phenanthroline (Hip), and secondly the Co-Hip precursor with abundant Co, C and N sources was subjected to calcination at various temperatures (700-900 °C). The obtained Co-N-C catalysts exhibited excellent activity in terms of the ORR in alkaline conditions, with a half-wave potential of 0.82 eV versus the reversible hydrogen electrode, which is close to that of commercial Pt/C. Moreover, the Co-N-C exhibited an unexpected catalytic activity with long-term stability and immunity to methanol which is better than commercial Pt/C catalyst, suggesting that Co-N-C with dual active sites of the single-atom Co sites (Co-N4) and Co2N can be a promising alternative to replace Pt-based electrocatalysts in fuel cells. This work can provide a new route to designing promising catalysts with dual active sites for ORR.
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