Mesoporous N–P Codoped Carbon Nanosheets as Superior Cathodic Catalysts of Neutral Metal–Air Batteries

过电位 催化作用 材料科学 纳米片 介孔材料 化学工程 碳纤维 无机化学 热稳定性 电极 金属 化学 纳米技术 电化学 复合材料 冶金 有机化学 物理化学 工程类 复合数
作者
Aling Chen,Qingfeng Yi,Kuang Sheng,Yuebing Wang,Jiangchuan Chen,Chenglong Zhang,Kaiwen Xiang,Guanghua Tan
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:37 (43): 12616-12628 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.1c01947
摘要

Development of high-efficiency oxygen reduction reaction (ORR) catalysts under neutral conditions has made little research progress. In this work, we synthesized a three-dimensional porous N/P codoped carbon nanosheet composites (CNP@PNS) by high-temperature thermal treatment of dicyandiamide, starch, and triphenylphosphine and subsequent porous structure-making treatment using the NaCl molten salt template. In the neutral solution, the electrocatalytic performance of the CNP@PNS-4 catalyst exhibits an onset potential of 0.98 V (vs reversible hydrogen electrode) and a half-wave potential of 0.91 V for ORR, which greatly surpasses commercial Pt/C (40%). Three kinds of neutral metal-air batteries (Zn-air, Al-air, and Fe-air) using the prepared samples as cathodic catalysts were constructed, corresponding to the maximum power density of 120.2, 78.3, and 18.9 mW·cm-2, respectively. Also, they reveal outstanding discharge stability under different current densities. The density functional theory calculation depicts the reduction of the free energy of the determining step and subsequent decline of the overpotential for ORR.
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