Formation of N‐doped Graphene and Carbon Nanoparticles Integrated Composite for Efficient Oxygen Reduction Electrocatalysis

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作者
Yan Yu,Hao Hu,Zheng‐Tao Gan,Jianli Mi
出处
期刊:ChemNanoMat [Wiley]
卷期号:10 (3)
标识
DOI:10.1002/cnma.202300465
摘要

Abstract N‐doped carbon‐based materials have been regarded as promising alternatives to Pt‐based electrocatalysts for the four‐electron (4e − ) oxygen reduction reaction (ORR), which is an important electrochemical reaction for the polymer electrolyte fuel cells. Here, we report a N‐doped graphene and N‐doped carbon nanoparticles integrated composite electrocatalyst by a multi‐step acid etching plus annealing method. Despite the low N‐doping level, the material exhibits efficient 4e − ORR activity with an onset potential of 0.932 V, a half‐wave potential of 0.814 V, and a limiting current density of 5.3 mA cm −2 in 0.1 M KOH solution. We demonstrate that the promoted 4e − ORR activity is attributed to the special 2D–0D integrated structure for exposing massive active sites, the favorable porous structure facilitating the H 2 O transfer dynamics, and the high content of oxygen‐containing C−O−C species and the increased intrinsic carbon defects for additional active sites. A “decomposition and recrystallization” mechanism is proposed for the formation of N‐doped graphene.

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