ZIF-8@ZIF-67–derived ZnCo2O4@nitrogen–doped carbon/carbon nanotubes wrapped by a carbon layer: a stable oxygen reduction catalyst with a competitive strength in acid media

材料科学 聚乙烯吡咯烷酮 碳纤维 化学工程 甲醇 催化作用 电催化剂 电化学 核化学 无机化学 化学 电极 有机化学 复合材料 高分子化学 物理化学 工程类 复合数
作者
Jiaxin Li,Ming‐Xu Liu,Yaao Li,Lin Yuan,P. Zhang,Zhuang Cai,Hong Chen,Jinlong Zou
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier BV]
卷期号:19: 100574-100574 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2020.100574
摘要

Owing to the sluggish reaction kinetics and poor stability of cathodic catalysts for oxygen reduction reaction (ORR) in acidic media, the development of highly active and acid-stable ORR catalysts is of great practical significance. Herein, the prepared [email protected] material, polyvinylpyrrolidone (PVP), and expanded graphite (EG) are used as precursors to prepare the ZnCo2O4@nitrogen-doped carbon-carbon nanotubes wrapped by a PVP-derived thin carbon layer anchored on the EG (ZnCo2O4@[email protected]/EG) as ORR catalysts. ZnCo2O4@[email protected]/EG-10 (weight ratio of [email protected] to EG = 10) has an onset potential of 0.689 V (vs. SCE), which is comparable with that of commercial Pt/C (0.706 V) in the acid electrolyte. After acid pickling, the spinel ZnCo2O4 as the core is stably and uniformly encapsulated by the NC-CNT skeleton and can fully use the highly active Co2+ sites to boost the 4e– ORR process with a strong methanol resistance. ZnCo2O4@[email protected]/EG-10 shows strong stability and methanol tolerance (a decline of 3.21%) after 3600 s, which are better than those of commercial Pt/C (29 mV and 4.06%). The ORR durability is attributed to the PCL shell that avoids the corrosion of active ZnCo2O4 and N-species. Therefore, it provides a new idea for designing a spinel-based ZIF derivative as stable ORR catalysts in acid media.
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