Iron-involved zeolitic imidazolate framework-67 derived Co/Fe-NC as enhanced ORR catalyst in air–cathode microbial fuel cell

化学 沸石咪唑盐骨架 微生物燃料电池 催化作用 电催化剂 电化学 阴极 咪唑酯 碳纤维 无机化学 功率密度 旋转圆盘电极 化学工程 循环伏安法 电极 有机化学 阳极 金属有机骨架 材料科学 吸附 物理化学 复合材料 工程类 功率(物理) 物理 复合数 量子力学
作者
Bolong Liang,Ming Su,Zhe Zhao,Shuxuan Liang
出处
期刊:Journal of Electroanalytical Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:962: 118260-118260 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.jelechem.2024.118260
摘要

Microbial fuel cell (MFC), simultaneously degrading organic pollutants and harvesting electricity, suffers from a sluggish oxygen reduction reaction (ORR) on cathode. The catalysts for Pt substitution are crucial to enhance the ORR performance and power output. Thus, a Co and Fe co-doped carbon derived from ZIF-67 (Co/Fe-NC) is prepared, which is proved to have excellent electrochemical properties. When the catalyst Co/Fe-NC is equipped in microbial fuel cell, the maximum power density of 1831 ± 57 mW m−2 is achieved, which is 13.5 % higher than that of Fe@Co-NC and 49.3 % higher than that of Co-NC. Moreover, the electrochemical tests show that Co/Fe-NC has a smaller charge transfer resistance and a higher exchange current density, which implies the faster kinetics of ORR. The enhanced performance Co/Fe-NC can be attributed to the rougher rhombic dodecahedral interface, larger surface area, various types of nitrogen species, critical roles of cobalt and iron species, both high graphitization and defects. All these characteristics are responsible for the significant increase in ORR activity and power output. This work designs and compares different catalysts derived from iron-involved ZIF-67, and demonstrates a superior ORR electrocatalyst of Co/Fe-NC, which can be a potential alternative to Pt in the MFC practical application.
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