Surface state engineering of carbon dot/carbon nanotube heterojunctions for boosting oxygen reduction performance

碳纳米管 催化作用 电催化剂 材料科学 异质结 纳米技术 碳纤维 表面工程 化学工程 复合数 化学 电极 电化学 复合材料 光电子学 有机化学 工程类 物理化学
作者
Baohua Zhang,Guangbin An,Jia Chen,Huazhang Guo,Liang Wang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:637: 173-181 被引量:47
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.01.082
摘要

Platinum-based (Pt) catalysts are the most common commercial catalysts for oxygen reduction reactions (ORR). Unfortunately, their high price, scarcity and poor durability hinder their further development. Therefore, the development of effective and economical ORR electrocatalysts has received increasing attention. Here, carbon dots (CDs) enriched in amino functional groups were successfully loaded onto carbon nanotubes (CNTs) with a large surface area and helical structure through a surface state engineering strategy. The resulting composites (CD/CNTs) are 0D/1D nano heterojunction structures. The CD/CNTs showed superior ORR activity compared with CNTs and CDs (Eoneset = 0.95 V, E1/2 = 0.81 V and limiting current density = 4.74 mA cm-2). In addition, the stability of CD/CNTs in an alkaline medium was up to 30000 s. The excellent ORR performance of CD/CNTs can be attributed to the dominant role of amino-N, the synergistic effect of heterojunctions formed by CDs and CNTs, and the high Lewis basicity. The composite electrocatalyst synthesized by the CD-regulated CNT strategy is expected to be a reliable cathode candidate for future energy conversion devices.
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