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

电催化剂 石墨烯 氧还原反应 氧还原 复合数 材料科学 碳纤维 纳米颗粒 兴奋剂 还原(数学) 纳米技术 化学工程 化学 电极 光电子学 电化学 复合材料 物理化学 几何学 工程类 数学
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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