Individual High-Quality N-Doped Carbon Nanotubes Embedded with Nonprecious Metal Nanoparticles toward Electrochemical Reaction

材料科学 电化学 催化作用 纳米颗粒 碳纳米管 沸石咪唑盐骨架 化学工程 吸附 碳纤维 纳米技术 无机化学 金属有机骨架 电极 有机化学 复合数 化学 复合材料 工程类 物理化学
作者
Shengbo Zhang,Qilong Wu,Lei Tang,Yuge Hu,Mengyun Wang,Jiankang Zhao,Mei Li,Jinyu Han,Xiao Liu,Hua Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:10 (46): 39757-39767 被引量:39
标识
DOI:10.1021/acsami.8b14536
摘要

Developing highly active and stable nonprecious metal catalysts for electrochemical reactions is desirable but remains a great challenge. Herein, we report a novel metal-ion adsorption-pyrolysis strategy for the controllable zeolitic imidazolate framework-8 derived synthesis of individual high-quality N-doped carbon nanotubes embedded with well-dispersed nonprecious metal nanoparticles, which exhibit superior electrocatalytic activity and stability for electrochemical CO2 reduction reaction, oxygen reduction reaction, and oxygen evolution reaction. Experimental analysis and density functional theory calculations indicate that the remarkable electrocatalytic activities are mainly attributed to the interface effects for the efficient electron transfer from metal nanoparticles to the N-doped carbon shell, as well as the large specific areas, unique tube structures, appropriate doping, high graphitization degree, and robust frameworks. The high reaction stability is attributed to the multiwalled graphitic carbon shells efficiently preventing metal nanoparticles from aggregation, corrosion, and oxidation. This novel synthetic strategy presents a facile universality for synthesizing N-doped carbon nanotube structures and will provide a guideline for developing low-cost, highly active, and stable electrocatalytic materials for sustainable energy conversion.
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