Nitrogen-doped carbon/graphitic CQDs composites with 98.8% microporosity as a highly stable electrocatalyst for oxygen reduction

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作者
Chenyang Shu,Chaozhong Guo,Xinru Xu,Lingtao Sun,Yao Liu,Hongdian Chen,Chuanlan Xu,Rong Jin,Yujun Si,Haifeng Chen
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier]
卷期号:642: 158604-158604 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2023.158604
摘要

Designing micropore-rich carbon materials with large specific surface area (SSA) as a carbon-based oxygen reduction reaction (ORR) electrocatalyst is still frontier but remains challenging in catalysis of zinc-air batteries. Here we propose a new strategy for synthesis of nitrogen atoms co-doped carbon sheets and carbon quantum dots (N-C@CQDs) with an SSA of 1485.3 m2 g−1 and 98.8 % micro-porosity from α-cellulose via using a complex salt (ZnCl2-NH4Cl) with low eutectic point (179 °C) as a pore regulator and K2FeO4 as a graphitization catalyst, which can serve as an active and stable carbon-based ORR electrocatalyst. The role of K2FeO4 not only promotes graphitization but also oxidizes the large-sized graphitic carbon particles into a huge amount of uniformly distributed CQDs. This catalyst has exhibited a comparable ORR activity and superior stability to the Pt/C, but a Zn-air battery assembled with the former has delivered a higher peak power density (214 mW cm−2) and a larger gravimetric energy density (ED) of (959 Wh kgZn-1), especially in which it also displays an outstanding catalytic durability with 98.7 % ED retention during a ∼110 h continuous discharge. This work provides a new pathway for design of high-performance carbon-based ORR catalysts in various energy devices.
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