One-step pyrolysis synthesis of nitrogen, manganese-codoped porous carbon encapsulated cobalt-iron nanoparticles with superior catalytic activity for oxygen reduction reaction

催化作用 热解 材料科学 纳米颗粒 化学 无机化学 甲醇 化学工程 电解质 试剂 碳纤维 纳米技术 有机化学 电极 物理化学 复合数 工程类 复合材料
作者
Ruimin Sun,Youqiang Yao,Ai‐Jun Wang,Keming Fang,Lu Zhang,Jiu‐Ju Feng
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:592: 405-415 被引量:31
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2021.02.071
摘要

Replacing precious metal catalysts with low-price and abundant catalysts is one of urgent goals for green and sustainable energy development. It is imperative yet challenging to search low-cost, high-efficiency, and long-durability electrocatalysts for oxygen reduction reaction (ORR) in energy conversion devices. Herein, three-dimensional low-cost Co3Fe7 nanoparticles/nitrogen, manganese-codoped porous carbon (Co3Fe7/N, Mn-PC) was synthesized with the mixture of dicyandiamide, cobalt (II) tetramethoxyphenylporphyrin (Co(II)TMOPP), hemin, and manganese acetate by one-step pyrolysis and then acid etching. The resultant Co3Fe7/N, Mn-PC exhibited excellent durability and prominent ORR activity with more positive onset potential (Eonset, 0.98 V) and half-wave potential (E1/2, 0.87 V) in 0.1 M KOH electrolyte, coupled with strong methanol resistance. The pyrolysis temperature and optimal balance of graphite with pyridine-nitrogen are of significance for the ORR performance. The prepared Co3Fe7/N, Mn-PC displayed excellent ORR performance over commercial Pt/C in the identical environment. It was ascribed to the uniform 3D architecture, Mn- and N-doping effects by finely adjusting the electronic structures, coupled with the synergistic catalytic effects of multi-compositions and multi-active sites. This work provides some constructive guidelines for preparation of low-cost and high-efficiency ORR electrocatalysts.
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