Intrinsic Carbon Defects in Nitrogen and Sulfur Doped Porous Carbon Nanotubes Accelerate Oxygen Reduction and Sulfur Reduction for Electrochemical Energy Conversion and Storage

碳纳米管 材料科学 多硫化物 化学工程 电化学 碳纤维 纳米技术 电极 化学 复合材料 复合数 物理化学 工程类 电解质
作者
Minjie Zhou,Bing Chen,Na Zhang,Xianglin Deng,Xiating Jia,Jie Yang,Haihua Yang
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (16): 15147-15158 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsanm.3c02803
摘要

Defects and morphology engineering is a serviceable strategy to boost the electrochemical energy conversion and storage performance of carbon-based materials. In this study, nitrogen/sulfur codoped carbon nanotubes (NS-CNTs) were first obtained via the pyrolysis of presynthesized polyaniline nanotubes with micelles composed of methyl orange and ferric chloride acting as the soft template. Furthermore, intrinsic carbon defects and mesopores were introduced to obtain etched NS-CNTs (ENS-CNTs) composites by ammonia etching. The rational combination of intrinsic/extrinsic defects and porous nanotube morphology features is beneficial to the oxygen reduction reaction (ORR) and sulfur reduction reaction (SRR) performances of the ENS-CNTs electrode. The coexistence of intrinsic carbon defects and extrinsic N/S dopants can create massive catalytically active sites for electrochemical processes, while the porous one-dimensional nanotube-like carbon framework is responsible for accessibility of catalytic active sites, species hosting, electrical conductivity, mass transport, and stability. Consequently, the ENS-CNTs-30 (where 30 represents the corresponding etching time in minutes) electrode for ORR displayed a high half-wave potential of 859 mV vs RHE, a diffusion limiting current density of 6.65 mA cm–2, admirable stability, and methanol tolerance. The solid Zn–air battery (ZAB) assembled with ENS-CNTs-30 as the active material for the air cathode revealed remarkable power density (137 mW cm–2) and specific capacity (1467.4 mAh g–1Zn). Meanwhile, the ENS-CNTs-30 electrode for SRR also demonstrated ameliorative lithium–polysulfide (LiPS) trapping capability and Li2S deposition kinetics. The lithium–sulfur battery (LSB) with ENS-CNTs-30 as sulfur host material unfolded initial capacities of 1100 and 883 mAh g–1 at 0.2 and 2 C, respectively, and a capacity retention ratio of 82.0% after 200 cycles at 0.2 C. This work provides a feasible strategy for defects and morphology engineering of multifunctional carbon-based catalysts in electrochemical energy conversion and storage fields.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
风雨飘摇完成签到,获得积分0
刚刚
冬瓜熊完成签到,获得积分10
1秒前
caia完成签到,获得积分10
1秒前
1秒前
就算雨也不会停完成签到,获得积分10
2秒前
biows119完成签到,获得积分0
3秒前
4秒前
4秒前
材料人完成签到,获得积分10
4秒前
时光友岸完成签到,获得积分10
5秒前
小马同学发布了新的文献求助10
5秒前
蓝色sea完成签到,获得积分10
6秒前
rtaxa完成签到,获得积分0
6秒前
包容的映天完成签到 ,获得积分10
6秒前
李小二完成签到,获得积分10
7秒前
高山我梦完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
一顿吃不饱完成签到,获得积分0
8秒前
冰雪物语发布了新的文献求助10
10秒前
fanfan完成签到,获得积分10
10秒前
11秒前
清脆的猕猴桃完成签到,获得积分10
11秒前
12秒前
zhangzhangzhang完成签到 ,获得积分10
12秒前
美满的稚晴完成签到 ,获得积分10
12秒前
子民完成签到,获得积分10
12秒前
平常的镜子完成签到,获得积分10
12秒前
香蕉觅云应助张辣辣采纳,获得10
13秒前
快乐科研完成签到 ,获得积分10
14秒前
卡乐瑞咩吹可完成签到,获得积分10
15秒前
Hello应助坚强的严青采纳,获得10
15秒前
科研通AI2S应助坚强的严青采纳,获得10
15秒前
含糊的晓凡给含糊的晓凡的求助进行了留言
16秒前
大力的野狼完成签到,获得积分10
16秒前
森宝完成签到,获得积分10
16秒前
MADAO完成签到 ,获得积分10
16秒前
cg7发布了新的文献求助10
17秒前
祖诗云完成签到,获得积分10
18秒前
共享精神应助Alan采纳,获得200
18秒前
18秒前
高分求助中
Evolution 10000
CANCER DISCOVERY癌症研究的新前沿:中国科研领军人物的创新构想 中国专刊 500
Distribution Dependent Stochastic Differential Equations 500
A new species of Coccus (Homoptera: Coccoidea) from Malawi 500
A new species of Velataspis (Hemiptera Coccoidea Diaspididae) from tea in Assam 500
PraxisRatgeber: Mantiden: Faszinierende Lauerjäger 500
Die Gottesanbeterin: Mantis religiosa: 656 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3158693
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2809927
关于积分的说明 7884596
捐赠科研通 2468681
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1314374
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 630601
版权声明 602012