Well entrapped platinum-iron nanoparticles on three-dimensional nitrogen-doped ordered mesoporous carbon as highly efficient and durable catalyst for oxygen reduction and zinc-air battery

催化作用 材料科学 纳米颗粒 热解 化学工程 介孔材料 电池(电) 碳纤维 铂金 纳米技术 无机化学 复合数 化学 有机化学 复合材料 工程类 物理 功率(物理) 量子力学
作者
Ruimin Sun,Runze Wu,Xinsheng Li,Jiu‐Ju Feng,Lu Zhang,Ai‐Jun Wang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:621: 275-284 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.04.043
摘要

The high-performance and durable oxygen reduction reaction (ORR) catalyst on air cathode is a key component in assembly of Zn-air batteries. Herein, three-dimensional N-doped ordered mesoporous carbon (3D N-OMC) was first prepared with silica as a template via pyrolysis with assistance of dicyandiamide as a N-doping agent, combined by full adsorption of platinum (II) acetylacetonate (Pt(acac)2) and iron (II) phthalocyanine (FePc) via π-π interactions. After further pyrolysis of the resulting mixture, many PtFe nanoparticles were efficiently incorporated in 3D N-OMC (termed as PtFe@3D N-OMC for simplicity). Control experiments were certificated the important role of the pyrolysis temperature played in this synthesis. The resultant composite synergistically combines advantages of hierarchically accessible surfaces, highly open structure, and well-dispersed PtFe particles, which endow the PtFe@3D N-OMC with onset and half-wave potentials of 0.98 and 0.86 V in alkaline media, respectively, showing appealing catalytic activity for the ORR. Most significantly, the PtFe@3D N-OMC based Zn-air battery has a high power density of 80.57 mW cm-2 and long-term durability (220 h, 660 cycles). This work opens a new avenue for design of high-efficiency and durable ORR electrocatalysts in energy conversion and storage systems.
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