Rational design of Fe, N co-doped porous carbon derived from conjugated microporous polymer as an electrocatalytic platform for oxygen reduction reaction

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作者
Hanxue Sun,Sheng Wang,Mengxue Li,Rui Jiao,Zhaoqi Zhu,An Li
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:673: 354-364 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.06.068
摘要

Porous iron–nitrogen-doped carbons (FeNC) offer a great platform for construction of cathodic oxygen reduction reaction (ORR) catalysts in fuel cells. However, challenges still remain regarding with the collapse of carbon-skeleton during pyrolysis, uneven distribution of active sites and aggregation of metal atoms. In this work, we synthesized Fe, N co-doped conjugated microporous polymer (FeN-CMP) through a facile bottom-up strategy using 1,3,5-triethynylbenzene and iron-chelated 3,8-dibromo-1,10-phenanthroline as monomers, ensuring the uniform coordination of N with Fe element in network. Then, the resulting FeN-CMP was treated by pyrolysis without structural collapse to obtain porous FeNC electrocatalyst for ORR. The most active catalyst was fabricated under 900 °C, which exhibits remarkable ORR activity in alkaline medium with half-wave potential of 0.796 V (18 mV and 105 mV positive deviation from the commercial Pt/C catalyst and post-doping catalyst), high selectivity with nearly 4e- transfer process and excellent methanol tolerance. Our study first developed porous FeNC electrocatalysts derived from Fe, N-anchoring CMPs based on pre-functionalization of monomers, which exhibits great potential as an alternative to commercial Pt/C catalyst for ORR, and provides a feasible strategy of developing multi-atoms doping catalysts for energy storage and conversion as well as heterogeneous catalysis.
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