Thermodynamically Stable Mesoporous C3N7 and C3N6 with Ordered Structure and Their Excellent Performance for Oxygen Reduction Reaction

介孔材料 材料科学 氧还原反应 氧气 结晶学 无机化学 化学工程 物理化学 催化作用 化学 有机化学 电化学 电极 工程类
作者
In Young Kim,Sungho Kim,S. Premkumar,Jae‐Hun Yang,Siva Umapathy,Ajayan Vinu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:16 (12): e1903572-e1903572 被引量:75
标识
DOI:10.1002/smll.201903572
摘要

Abstract Carbon nitrides with a high N/C atomic ratio (>2) are expected to offer superior basicity and unique electronic properties. However, the synthesis of these nanostructures is highly challenging since many parts of the CN frameworks in the carbon nitride should be replaced with thermodynamically less stable NN frameworks as the nitrogen content increases. Thermodynamically stable C 3 N 7 and C 3 N 6 with an ordered mesoporous structure are synthesized at 250 and 300 °C respectively via a pyrolysis process of 5‐amino‐1H‐tetrazole (5‐ATTZ). Polymerization of the precursor to the ordered mesoporous C 3 N 7 and C 3 N 6 is clearly proved by X‐ray and electron diffraction analyses. A combined analysis including diverse spectroscopy and FDMNES and density functional theory (DFT) calculations demonstrates that the NN bonds are stabilized in the form of tetrazine and/or triazole moieties in the C 3 N 7 and C 3 N 6 . The ordered mesoporous C 3 N 7 represents the better oxygen reduction reaction (ORR) performances (onset potential: 0.81 V vs reversible hydrogen electrode (RHE), electron transfer number: 3.9 at 0.5 V vs RHE) than graphitic carbon nitride (g‐C 3 N 4 ) and the ordered mesoporous C 3 N 6 . The study on the mechanism of ORR suggests that nitrogen atoms in the tetrazine moiety of the ordered mesoporous C 3 N 7 act as active sites for its improved ORR activity.
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